Un grupo de químicos de Manchester ha logrado atar con éxito una serie de nudos microscópicos utilizando moléculas individuales por primera vez. marcando el comienzo de la llegada de una forma de tejido a nanoescala que podría crear una nueva generación de materiales avanzados.

El grupo con sede en la Universidad de Manchester ha desarrollado una forma de atar una hebra molecular artificial de 15 nanómetros (15 millonésimas de milímetro) en cualquiera de los tres nudos diferentes, como si se usara un trozo de cuerda.

Un trozo de cuerda se puede atar en diferentes nudos, algunos con propiedades distintivas que pueden explotarse para diferentes funciones, desde cordones de zapatos hasta lazos, enganches, curvas y nudos de tope. Algunos de los equipos más avanzados jamás desarrollados, incluido el Curiosity Rover de la NASA utilizado en Marte, use nudos para realizar tareas clave. Aunque algunas moléculas de ADN y proteínas existen en forma anudada, anteriormente no era posible unir una molécula en más de un nudo complejo.

La nueva investigación publicada hoy en revista Naturaleza , demuestra cómo los científicos pudieron imitar procesos biológicos moleculares naturales para lograr alternativas hechas en laboratorio para una variedad de aplicaciones potenciales. La biología utiliza 'asistentes moleculares' llamados chaperones para doblar proteínas en estructuras anudadas y los científicos de Manchester aplicaron el mismo concepto a una hebra molecular sintética utilizando átomos de metal para guiar el proceso de plegado.

Profesor David Leigh, de la Universidad de Manchester dirigió la investigación, él dijo:"Pudimos atar diferentes nudos en una hebra molecular usando átomos de metal para doblar y entrelazar la hebra. Los dos sitios verdes se unen a un átomo de cobre; los tres sitios púrpuras se unen a un átomo de lutecio. Uniendo los grupos terminales evita que el nudo se desate cuando se eliminan los átomos metálicos ".

El mismo grupo había contraído el nudo más pequeño del mundo y ahora progresaba en su investigación aquí utilizando métodos básicos que serían familiares para cualquiera que se uniera a los Scouts. Ser capaz de hacer diferentes tipos de nudos moleculares significa que los científicos deberían poder investigar cómo el anudado afecta la resistencia y elasticidad de los materiales, lo que les permitirá tejer hebras de polímero para generar nuevos tipos de materiales.

La clave fue intercalar sitios de unión para diferentes iones metálicos a lo largo de la cadena molecular. Cuando un átomo de metal se une a sitios específicos en la hebra, hace que la hebra se pliegue creando un 'enredo' sobre-abajo en el hilo. Diferentes enredos se combinan para formar nudos más grandes de acuerdo con la teoría de los enredos (desarrollada por el matemático John H. Conway, también conocido por desarrollar 'Game of Life'). Diferentes combinaciones de iones metálicos (cobre y / o lutecio, o ninguno, permitido cualquiera de los tres nudos diferentes:un nudo, un nudo de trébol, y un nudo de tres vueltas, para atar en la misma hebra molecular.

Atar la hebra molecular en diferentes nudos cambia sus propiedades. Cuando la hebra está atada en el más apretado, más complejo, nudo, el nudo de tres torsiones, puede unir dos átomos de metal simultáneamente, un átomo de cobre y un átomo de lutecio. Sin embargo, los nudos más flojos (p. ej., el nudo trébol y el desanudo) solo pueden unir un átomo de metal a la vez, ya sea un átomo de cobre, o un átomo de lutecio. Inesperadamente, la unión de metal también puede cambiar la forma en que se enreda el lazo anudado, como un juego molecular de la cuna del gato.

La capacidad de atar una hebra molecular en diferentes nudos, y posteriormente cambiar la región y el grado de enredo, abre nuevas oportunidades y direcciones de investigación para modificar la función y propiedades de otras cadenas moleculares, como polímeros y plásticos.