Na bloku jest nowy nanomateriał. Chemicy z University of Oregon znaleźli sposób na tworzenie cząsteczek opartych na węglu z unikalną cechą strukturalną: zazębiającymi się pierścieniami.

Podobnie jak inne nanomateriały, te połączone ze sobą cząsteczki mają interesujące właściwości, które można „dostroić” poprzez zmianę ich rozmiaru i składu chemicznego. To czyni je potencjalnie przydatnymi w wielu zastosowaniach, takich jak wyspecjalizowane czujniki i nowe rodzaje elektroniki.

„To nowa topologia nanomateriałów węglowych i odkrywamy nowe właściwości, których wcześniej nie byliśmy w stanie zobaczyć” – powiedział James May, doktorant w laboratorium profesora chemii Ramesha Jastiego i pierwszy autor artykułu. May i jego współpracownicy przedstawiają swoje odkrycia w artykule opublikowanym w Chemia przyrody.

Chociaż inne laboratoria również zsyntetyzowały różne typy blokujących się cząsteczek, metoda laboratorium Jasti umożliwia łączenie struktur podobnych do nanorurek węglowych. Pozwoli to chemikom na dokonanie wielu różnych zmian w strukturze i pełniejsze zbadanie właściwości nowych materiałów.

„Możesz tworzyć struktury, których nie możesz innymi metodami” – powiedział Jasti.

Na przykład jego zespół zastosował to podejście do wykonania trzech połączonych ze sobą pierścieni, a także struktury przypominającej pręt z wieloma pierścieniami, które mogą przesuwać się w górę iw dół. Postęp wyrósł z prac Jastiego nad nanoobręczami, pierścieniami atomów węgla, które są uproszczoną odmianą długich, cienkich nanorurek węglowych.

„Ponieważ jesteśmy w stanie tworzyć te okrągłe struktury do woli, zacząłem się zastanawiać, czy mógłbyś stworzyć rzeczy, które po prostu nie istnieją w naturze?” — powiedział Jasty. „Właśnie tam pojawił się pomysł zazębiających się pierścieni”.

Znalezienie serii reakcji chemicznych, które mogłyby wygenerować skomplikowane struktury pierścieniowe, wymagało kreatywnego podejścia. Ich rozwiązanie polega na dodaniu strategicznie rozmieszczonego atomu metalu do jednego pierścienia. Ten metal uruchamia reakcję chemiczną, która prowadzi do powstania drugiego pierścienia, zmuszając go do zajścia w pierwszym pierścieniu. Gdy ta reakcja nastąpi, drugi pierścień zostaje uwięziony, zablokowany razem z pierwszym pierścieniem.

„Jesteśmy w stanie sprawić, że chemia zajdzie w przestrzeni, w której może nigdy nie wystąpić” – powiedział May.

Połączone molekuły zachowują się inaczej, jeśli zmienia się ich rozmiar lub jeśli pierścienie są inaczej ułożone lub jeśli do mieszanki zostaną wrzucone różne pierwiastki chemiczne. Dokonując korekt w nanoskali, naukowcy mogą udoskonalić materiał, aby robił dokładnie to, czego od niego oczekuje. Ponieważ klasa materiałów jest tak nowa, naukowcy wciąż odkrywają wszystkie możliwości.

Ale zespół Jastiego jest szczególnie zainteresowany ich potencjałem jako czujników, w których zmiana położenia pierścieni w odpowiedzi na określoną substancję chemiczną może prowadzić do fluorescencyjnego blasku.

Można je również wykorzystać do stworzenia elastycznej elektroniki lub dynamicznych materiałów biomedycznych.

„Typowe nanomateriały węglowe, takie jak nanorurki węglowe, grafen, a nawet diament, są materiałami statycznymi” – powiedział. „Tutaj stworzyliśmy nowe rodzaje nanomateriałów węglowych, które zachowują swoje fascynujące właściwości elektryczne i optyczne, ale teraz mają możliwość wykonywania takich czynności, jak obracanie, ściskanie lub rozciąganie”.