Учёные создали молекулярные "кольца", которые могут менять форму и свойства

Группа исследователей из Гонконгского университета совместно с коллегами из США и других стран объявила о значимом научном прорыве в области молекулярной инженерии. По информации издания Innovanews, в журнале Nature Synthesis опубликована статья, в которой описана разработка уникальной молекулы — компактного катенана с управляемой механической хиральностью. Это означает, что молекула способна существовать в двух зеркальных формах, не будучи химически хиральной, а лишь за счёт механического сцепления между своими частями. Ученые уверены, что данная технология открывает путь к созданию новых функциональных материалов, умных устройств и фармацевтических препаратов нового поколения.

Ведущим автором проекта стал нобелевский лауреат Фрейзер Стоддарт. Вместе с ним работу курировали ассистенты-профессора Чун Тан и Жуйхуа Чжан. В эксперименте также участвовали специалисты из Северо-Западного университета США и ряда других научных учреждений. Разработанный катенан представляет собой структуру из двух взаимосвязанных молекулярных колец, которые соединены не химическими связями, а буквально "переплетены" механически — подобно звеньям цепи. Уникальность этой конструкции заключается в том, что хиральность, то есть неспособность наложить молекулу на её зеркальное отражение, возникает не из-за самих колец, а из-за способа их сцепления.

Учёным удалось добиться управления этой механической хиральностью путём введения в систему специальных вспомогательных молекул. Эти молекулы "подсказывают" катенанам, какую из двух возможных зеркальных форм им следует принять. По оценке доктора Чун Тана, такой подход предоставляет химикам и материаловедам принципиально новый инструмент. Благодаря этой технологии можно создавать молекулы, которые изменяют форму и свойства под воздействием внешних условий, например, температуры, света или кислотности среды. Потенциально, такие материалы могут стать основой для молекулярных машин и наноразмерных устройств.

Особое значение открытие имеет для фармацевтики. В этом секторе часто критически важно, в какой именно форме — левовращающей или правовращающей — присутствует активное вещество. Классическим примером является ибупрофен, терапевтическая активность которого зависит от хиральной конфигурации. Управляемые катенаны дают возможность создавать лекарства, чья структура может быть точно выверена для взаимодействия с определёнными участками в организме, например, только с больными клетками, избегая побочного действия на здоровые ткани.

Исследователи также рассматривают перспективы применения разработанных молекул в области оптоэлектроники, в сенсорах, реагирующих на мельчайшие изменения в окружающей среде, а также в системах нанороботики, где они могут служить молекулярными переключателями. Однако команда подчёркивает, что в настоящее время проект находится в лабораторной стадии, и до реального внедрения пройдёт ещё немало времени. Ключевыми задачами остаются оптимизация синтеза катенанов и повышение их стабильности в условиях, приближенных к реальному применению.