Naukowcy są w stanie manipulować pojedynczymi wiązaniami atomowymi

Po raz pierwszy w historii zmodyfikowali wiązania atomowe. Maszyny molekularne nadchodzą

Naukowcom po raz pierwszy w historii udało się zmodyfikować wiązania atomowe w pojedynczej cząsteczce. Osiągnięcie to może pomóc zbudować nam wyspecjalizowane maszyny molekularne choćby do inteligentnej dystrybucji leków.

Każda cząsteczka to nic więcej, jak zbiór atomów. Chyba najsłynniejsza cząsteczka na świecie – H20 – ma dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu połączone wiązaniami kowalencyjnymi (dzielącymi się elektronami). Obecnie naukowcy nie mają zbyt wielkiego pola manewru przy manipulowaniu wiązaniami atomowymi – zakładają, że „uda się” złożyć elementy budulcowe w funkcjonalną cząstkę.

Czytaj też: Urządzenie o grubości liczonej w atomach. Jak chemia umożliwiła stworzenie elektroniki?

Naukowcy z Uniwersytetu Santiago de Compostela pod kierownictwem prof. Diego Peñi wykorzystali najnowocześniejszy mikroskop, zdolny do skupienia się na pojedynczej cząsteczce, aby selektywnie modyfikować wiązania atomowe za pomocą impulsów napięcia. To przełomowa praca badawcza, bo nikomu innemu na świecie nie udało się to osiągnąć. Szczegóły napisano w Science.

Chemikom udało się stworzyć różne struktury przy użyciu 18 atomów węgla i ośmiu atomów wodoru, tworząc pierścienie i inne kształty, a następnie przywrócić je do pierwotnej struktury.

Widziałem cząsteczki, w które nie uwierzylibyście. Mamy teraz potężne narzędzie, które możemy wykorzystać do manipulowania pojedynczymi wiązaniami atomowymi.prof. Diego Peña

Maszyny molekularne nadchodzą

Naukowcy użyli zaawansowanej wersji mikroskopu tunelowego wynalezionego przez naukowców IBM Gerda Binniga i Heinricha Rohrera, laureatów Nagrody Nobla z fizyki w 1986 roku. Aparaty działają w temperaturach kriogenicznych w ultrawysokiej próżni, aby zapewnić stabilność molekularną i są w stanie obrazować powierzchnie na poziomie atomowym.

Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać

Naukowcy już przewidują, że innowacyjne maszyny molekularny można by wykorzystać do lepszej syntezy i dostarczania leków.

Selektywne reakcje pojedynczych cząsteczek mogą umożliwić tworzenie nowatorskich, bardziej złożonych i bardziej wszechstronnych sztucznych maszyn molekularnych. Te molekularne maszyny mogłyby wykonywać takie zadania jak transport innych cząsteczek lub nanocząsteczek, wytwarzanie i manipulowanie nanostrukturami oraz ułatwianie przemian chemicznych. Ale aby to osiągnąć, ta rodząca się technika musi najpierw zostać opanowana.Dr Leo Gross, niemiecki fizyk z IBM Research, jeden z głównych autorów badania
prof. Diego Peña

Zespół Peñi i Grossa wykorzystał niskonapięciowe impulsy elektryczne do manipulowania 5,6,11,12-tetrachlorotetracenem (o wzorze C18H8Cl4), cząsteczce opartej na węglu, która wygląda jak rząd czterech komórek plastra miodu otoczonych czterema atomami chloru „unoszącymi się wokół jak głodne pszczoły”. Chemicy badali również strukturę molekularną asfaltenów, stałych składników ropy naftowej, które zatykają rurociągi i są znane jako „cholesterol rafinerii ropy naftowej”. Kiedy asfalteny zlepiają się tworząc blokadę, operacje rafinerii muszą zostać wstrzymane, aby można było je usunąć.

Warto wspomnieć, że liczne zastosowania nauki związane z tworzeniem nowych cząsteczek nie zostały jeszcze przewidziane. Będziemy musieli po prostu poczekać i zobaczyć, co przyniesie nam przyszłość.