Door strengen van moleculen ineen te vlechten hebben scheikundigen de sterkste knoop ooit gemaakt. De geknoopte moleculen zullen mogelijk leiden tot lichtere kogelvrije vesten en flexibelere hechtingen.
Moleculaire knopen lijken niet echt op de knopen in de draad van je telefoonoplader. Ze volgen eerder de wiskundige definitie van een knoop: een gesloten lus die in een bepaalde vorm is gedraaid.
De eerste moleculaire knoop werd in 1989 gestrikt. Dat was een klaverbladknoop, een van de meest eenvoudige wiskundige knopen. Tot 2011 wisten scheikundigen moleculen alleen in dat ene type knoop te bundelen. ‘Wiskundigen kennen meer dan 6 miljoen verschillende soorten knopen, maar scheikundigen konden er slechts één namaken. Dat was best wel zielig’, zegt David Leigh van de universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk.
Leigh hoorde in 2011 bij het team dat als eerste een andere knoop maakte: de synthetische salomonszegelknoop. Waar de strengen van een klaverbladknoop elkaar drie keer kruisen, heeft deze knoop maar liefst vijf kruisingen. Nu heeft Leigh met zijn team een knoop gemaakt met acht kruisingen. Daarmee is het de meest complexe moleculaire knoop die ooit is gestrikt.
Synthetisch meesterwerk
De scheikundigen lieten de molecuulstrengen zichzelf ineenvlechten door een uitgebalanceerde mix van ionen onder gecontroleerde omstandigheden te brengen. De uiteindelijke knoop bestaat uit 192 atomen van verschillende elementen, waaronder chloor, waterstof en stikstof. Met een lengte van 20 nanometer is het wat je noemt een beknopte knoop. ‘De strengen die we vastknopen zijn zo klein dat je de uiteinden niet kunt vastpakken en strikken zoals je bij een schoenveter zou doen’, zegt Leigh. ‘Maar met dit zelfknoopproces kunnen we wel miljarden moleculaire knopen tegelijk strikken.’
‘Een synthetisch meesterwerk, tot stand gekomen op een heel eenvoudige en buitengewoon elegante manier’, zegt Thorfinnur Gunnlaugsson van het Trinity College Dublin in Ierland, niet bij het onderzoek betrokken.
Weven
De knooptechniek kan scheikundigen in de toekomst in staat stellen meerdere soorten geknoopte moleculen op grote schaal te vervaardigen. ‘Waarschijnlijk zullen deze geknoopte moleculen eigenschappen vertonen waarin ze verschillen van ongeknoopte moleculen’, zegt Sophie Jackson van de University of Cambridge, eveneens niet betrokken.
Volgens Leigh zal het praktisch nut van geknoopte moleculen pas ontdekt worden als scheikundigen ze proberen aan elkaar te weven. Hij denkt dat deze geweven materialen kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld lichtere kogelvrije vesten of flexibelere chirurgische hechtingen te maken. ‘We hebben elke dag te maken met de voordelen van weven’, zegt Leigh. ‘Je krijgt dan materialen die in verschillende richtingen kunnen uitrekken, hun vorm behouden en licht, sterk en flexibel zijn. Hopelijk kunnen we vergelijkbare effecten op moleculair niveau bewerkstelligen.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: