Un grupo de investigadores dirigido por científicos del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente y la Universidad de Tokio ha creado un material inusual, un cristal blando hecho de moléculas conocidas como catenanos, que se comporta de una manera novedosa que podría usarse en aplicaciones como como películas que capturan moléculas de dióxido de carbono. La investigación fue publicada en Naturaleza .

Un catenano es un tipo de molécula en la que se entrelazan dos o más anillos, como los anillos que usan los magos en sus trucos, y pueden deslizarse uno junto al otro, creando cambios conformacionales que pueden dar a los materiales propiedades interesantes. Este tipo de moléculas se encuentran en la naturaleza, donde a menudo actúan como máquinas moleculares. Hasta ahora, Se han creado cadenas de catenanos, conocidos como policatenanos, pero los científicos nunca han explorado cristales tridimensionales compuestos por estas moléculas.

El grupo se dispuso a explorar esto, y creó un nuevo material cultivando cristales de catenanos e iones de cobalto en un disolvente. Controlando cuidadosamente la disposición de las moléculas de catenano mediante la formación de enlaces de coordinación con los iones de cobalto, pensaron que podrían crear una red tridimensional que consistiera casi exclusivamente en los catenanes, que trabajan juntos para crear funciones novedosas.

Luego, los investigadores utilizaron difracción de rayos X de monocristal para examinar la estructura del cristal blando.

Si bien los investigadores estaban explorando esencialmente qué tipos de propiedades podrían tener dichos materiales, se sorprendieron por los resultados del análisis. Primero, de acuerdo con sus expectativas, encontraron que por peso, los catenanos constituían más del 90 por ciento del cristal. Curiosamente, encontraron que era poroso, con agujeros que podrían adsorber solvente, o moléculas gaseosas, y que la forma de los poros cambiaba cuando las moléculas invitadas entraban o salían de la estructura.

Además, utilizando una técnica de nano-indentación para estudiar las propiedades mecánicas, descubrieron que el material se deformaba fácilmente cuando se presionaba mecánicamente, y que su módulo de Young, un índice de la facilidad con la que se deforma, es comparable a la del polipropileno, un plástico utilizado en materiales de embalaje y otros usos, y que, asombrosamente, volvió a su forma original, sin sufrir daños, al retirar la fuerza. Es más, cuando intentaron comprimirlo, descubrieron que se comprimía más en una dirección específica, y pudieron explicar su naturaleza deformable mostrando que en realidad, los anillos de las moléculas de catenano se deslizaban, permitiendo que el material se comprima.

Hiroshi Sato, quien dirigió la investigación, dice, "Creemos que estos resultados podrían conducir a la creación de materiales porosos innovadores que pueden adsorber y desorber moléculas de gas como el dióxido de carbono simplemente pellizcándolas y soltándolas con los dedos".