尹丹

2017年1月13日，英國曼徹斯特大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授戴維·利等人成功地在分子尺度上打出有8個(gè)交叉的扭結(jié)。這是迄今為止最復(fù)雜、最牢固的人工分子結(jié)，被美國《科學(xué)》雜志評(píng)為“史上最強(qiáng)分子結(jié)”，這樣的分子結(jié)在將來有望用于開發(fā)許多新型材料。

什么是分子結(jié)？在幾何中，扭結(jié)是指三維空間中的一條閉合曲線，可以看作單位圓到三維空間中拓?fù)淝度氲南?。單位圓就是平凡的扭結(jié)，若干個(gè)扭結(jié)套在一起，叫做鏈環(huán)。

在自然界中已知存在超過六十億種不同的扭結(jié)，但迄今為止，人類僅成功利用小分子合成了三個(gè)扭結(jié)。第一個(gè)扭結(jié)是1989年報(bào)告的，它像3個(gè)環(huán)套在一起的三葉結(jié)。三葉扭結(jié)是由莫比烏斯帶（把一根紙條扭轉(zhuǎn)180°后，兩頭再粘接起來做成的紙帶圈）演變而成的，它由一條三棱柱帶經(jīng)過三次盤繞，將其中的一端旋轉(zhuǎn)120°后首尾相接，構(gòu)成三面連通的單側(cè)單邊的三葉扭結(jié)造型。在位于北京朝陽區(qū)的中國科技館展廳中的一個(gè)標(biāo)志性物體就是“三葉扭結(jié)”，它整體寬度為10米，高12米，帶寬1.65米，表示科學(xué)沒有國界，各類科情報(bào)站學(xué)之間也沒有邊界，科學(xué)是互相連通的，科學(xué)和藝術(shù)也是相互連通的；第二個(gè)扭結(jié)是8字結(jié)；第三個(gè)扭結(jié)是戴維·利于2011年報(bào)告的，有5片“葉子”的五葉結(jié)。

而今，戴維·利等人利用“自我組裝”的技術(shù)，以分子鏈為“繩子”，繞著金屬離子編織出有8個(gè)交叉的扭結(jié)，每個(gè)分子鏈的末端通過化學(xué)催化劑連接在一起，形成了完整的封閉扭結(jié)。這個(gè)有8個(gè)交叉的扭結(jié)包含了192個(gè)原子，寬度為20納米，比人的一根頭發(fā)絲還要細(xì)很多。

打出不同類型的分子扭結(jié)，意味著科學(xué)家可以進(jìn)一步探討這些結(jié)構(gòu)如何影響材料的強(qiáng)度和彈性，從而開發(fā)出更輕、更堅(jiān)固、更有彈性的新材料，在手術(shù)縫合線、防彈衣等眾多領(lǐng)域里大展拳腳。研究人員表示，這項(xiàng)工作被視為“科學(xué)里程碑”。