科学者たちは髪の毛の100万分の1という小さな結び目を作る

昨年10月にスウェーデン・アカデミーがノーベル化学賞を発表したとき、ジャン＝ピエール・ソヴァージュ、J・フレイザー・ストッダート卿、バーナード・L・フェリンガらの研究がどのようにして世界最小の機械の合成を可能にしたのかを見て多くの人が驚いた。しかし、受賞者リストの中にはマンチェスター大学の研究者デイビッド・リーの名前がなかったが、規定により3名までしかノーベル賞を受賞できなかった。最高の科学賞には届かなかったものの、リーは目に見えない進歩を達成するまでここ数カ月研究を続けた。

マンチェスター大学で彼が率いるグループは、これまで研究室で達成された中で最も緊密な分子の結び目を結ぶことに成功した。彼らの研究はサイエンス誌に掲載されました。物理的構造は、現在存在するものよりも耐久性があり、より軽く、より柔軟な将来の新しい材料を設計するための重要なステップです。分子の結び目は DNA または一部のタンパク質に存在しますが、その合成構造は単純ではありません。これらの組紐を人為的に設計する主な目的は、その特性を理解し、新しい材料の設計を試みることです。

これまでに結ばれた最もきつい結び目

「これは、これまでに作られた中で最も緊密な結び目構造であり、最初の 3 つの鎖による分子の結び目です」と David Leigh 氏はニューロストリームに語ります。科学者は、分子の結び目を編むために自己組織化技術を使用したと説明しています。 「糸は金属イオンの周りに織り込まれ、織物と同じように適切な場所に交差点を形成し、化学触媒のおかげで糸の端が融合してループを閉じ、完全な結び目を形成します。」と説明します。 8つの架橋で分子の結び目を結び、構造のサイズをわずか20ナノメートルにすることが初めて可能となった。

カタルーニャ化学研究所(ICIQ) の科学者であるパブロ・バレスター氏は、分子の結び目の大きさは、肉眼で見える結び目と比較すると、テニスボールと地球との関係に似ているだろうと説明しています。言い換えれば、この構造は髪の毛の直径の 100 万分の 1 に等しいサイズです。 「これらの結び目構造は、私たちがまだ完全には理解していない材料の特性を理解するのに役立ちます」と彼はニューロストリームに語ります。

「例えば、ゴムは非常に弾性があるため、タイヤに使用されるポリマーです。この弾性特性の背後には分子の結び目があると考えられていますが、実際に何が起こっているのかを研究できるようにするには合成構造が必要です」とバレスター氏は言う。これらの目に見えない結び目の製造は単純ではありません。研究者は、分子の構造に関する情報をプログラムしてから、分子がそのコードに従って自己集合するように溶液中に放置しなければなりません。

「カタルーニャの城と比較してみると、人々がさまざまな位置を占める立体的な構造があることがわかります。子供たちは塔の最上部、男性は最も低い位置、女性は中間領域にいます。城を建てるとき、各参加者は人間の塔のどの位置を占めるかを知っています。ここでも同じことが起こります。構造はコード化されており、各分子はそれがどこにあるべきかを知っているため、科学者は配置されると反応化学を実行する必要があります。彼らは一緒に来る共有結合的かつ不可逆的に」とICIQの研究者は説明する。

「すべての漁師や船員が知っているように、さまざまなタイプの結び目は、多かれ少なかれ、特定の作業に適したさまざまな特性を持っています。さまざまなタイプの分子結び目を作ることで、その特性についてさらに詳しく知ることができます。」とリー氏は付け加えた。 Ballester 氏の意見では、 Science 誌に掲載された研究は、将来的にはより柔軟で、より軽く、より強力な新しい材料を設計したり、革新的な医薬品を開発したりするために使用できると考えています。 「課題は、私たちが現在持っているさまざまな部品を組み合わせて、動きを仕事に変換する機械を作成し、結び目の特性についてさらに調査できるようにすることです」と彼は言います。リーは 2016 年のノーベル賞受賞者の一人になる可能性があり、受賞には至らなかったものの、化学における新たな重要な進歩で依然として先頭に立っている。