تخيل أن هناك بعض حبل قصير، ووضعها تكوم عرضا والصخور الصلبة (على افتراض أن نهاية يمكن انضمت بسلاسة إلى بعضها البعض)، يمكنك تخمين ما هو أكثر من المحتمل أن تشكل عقدة انها؟ إذا قمت باستبدال هذه حبل قصير في السلاسل الجزيئية في العالم المجهري، أن ما سيحدث؟ هذا هو حقل الموضوع من الباحثين الكيمياء الاصطناعية مهتما جدا في - التركيب الجزيئي (عقدة الجزيئية).

التركيب الجزيئي هو التركيب الجزيئي للمماثلة عقدة التعشيق الميكانيكية والبروتين والحمض النووي هي الأكثر شيوعا التركيب الجزيئي طبيعيا اثنين. التركيب الجزيئي لا يمكن إلا أن نقلها معين جزيء مرونة، ولكن أيضا لما له من النانو صغير للغاية، أصبحت تكنولوجيا النانو فئة واعدة جدا "بناء الكتل". إذا يمكنك كومة مثل ليغو لبنات بناء لتحقيق هيكل الطوبوغرافية وتصميم الهيكل الجزيئي الاصطناعي، ثم في تطوير مواد جديدة، وبناء الأجهزة الجزيئية، وآلات جزيئية وغيرها من المجالات سيكون لها آفاق التطبيق كبيرة.

الشكل | ما التركيب الجزيئي غير معروف؟ (المصدر: ماتيا مارندا وكريستيان ميتشيليتي)

في الآونة الأخيرة، والمعهد الدولي للدراسات المتقدمة من إيطاليا (شركة Sissa) والباحثين في جامعة بادوفا (جامعة بادوفا)، من خلال محاكاة الكمبيوتر إلى حل هذه المهمة الصعبة، نتائج الدراسة التي نشرت في "اتصالات الطبيعة" (نيتشر الاتصالات) جرا. الباحثون باستخدام مونت كارلو أخذ العينات أساليب والديناميات الجزيئية المحاكاة، لتحديد التركيب الجزيئي للقائمة من الأرجح أن النموذج، الذي يشبه إلى نوع واحد من التركيب الجزيئي على "الجدول الدوري للعناصر." التركيب الجزيئي في ظل ظروف الفيزيائية والكيميائية المناسبة، على الأرجح، والأكثر شكلت بسهولة طوبولوجيا الذاتي تجميعها. ثم، والمحاكاة من حساب وتوقع نوع التركيب الجزيئي، للحصول على أحدث التوثيق ودعم النتائج التجريبية.

في المستقبل، وهذا "التركيب الجزيئي للالجدول الدوري،" سيسهم في تركيب الجزيئات الأخرى التي لا توجد في الطوبولوجيا، مع القدرة على التنبؤ النمذجة الجزيئية المتطورة وتقدم، في مجال جزيئات النانو إلى الآلات الدقيقة بناء لتحميل وايصال الجزيئات هناك الكثير من التوقعات.

بأي حال من الأحوال والتحدي الفكري بسيط

وقال الكاتب الأول ومؤلف كتاب المقابلة على ورقة ماتيا مارندا وكريستيان ميتشيليتي: "العلماء اهتماما كبيرا على نحو متزايد في طوبولوجيا الجزيئية المعقدة، وبالتالي فإن تصميم وتركيب رواية فكرة تقاطع الجزيئية جذابة للغاية."

ومع ذلك، التركيب الجزيئي الاصطناعية صعبة للغاية، ليس فقط للنظر في العديد المادية المعقدة - آليات الكيميائية من التوازن، الأهم من ذلك هو اختيار الحق طوبولوجيا الهدف.

في الهندسة، منحنى مغلق يشير شبك حيز ثلاثي الأبعاد لا تتقاطع نفسها، على الرغم من أن هناك من المعروف قالت الرياضيات بشكل كبير تشكيل شبك 6000000000 أنواع، ولكن حتى قبل بضع سنوات، إلا الكيميائيين الاصطناعية "مسرحية" ثلاثة التركيب الجزيئي: عقدة البرسيم (البرسيم عقدة) (8)، كلمة تقاطع (الرقم ثمانية عقدة) وعقدة خمس أوراق (pentafoil عقدة). هذا هو أبسط من العديد من التركيب الجزيئي، على التوالي، عبر 3،4،5-التوقعات.

FIG | عدة الاصطناعية بسيطة التركيب الجزيئي. من اليسار إلى عقدة البرسيم الصحيحة، عقدة، 8، وخمسة ورقة مزدوجة عقدة تقاطع 8 كلمات. (المصدر: ماتيا مارندا وكريستيان ميتشيليتي)

بدا في ذلك الوقت، وطوبولوجيا التالي هو على وشك أن تتحقق يجب أن تكون مزدوجة الرقم 8 عقدة (ثلاثة تطور عقدة)، لأنه في مرحلة القادمة عقدة تعقيد سلم. ومع ذلك، في دراسة واحدة تحسب في عام 2015، ميتشيليتي ومعاونيه التنبؤ المقبل الأسهل والأكثر احتمالا استنباط التركيب الجزيئي غير معروف هو أكثر تعقيدا بكثير، وهناك ما لا يقل عن ثمانية عبر إسقاط ضروري. هذا وتوقع في عام 2017 أكدت النتائج التجريبية من فريق جامعة مانشستر ديفيد A. لي في مجلة "العلوم" التي نشرت، فقد لعبت بنجاح ثمانية شبك عبر على المستوى الجزيئي، والذي يعرف إلى أكثرها تعقيدا، التركيب الجزيئي قوي، والمعروفة باسم تقاطع 819. ونتيجة لذلك الكيميائيين الاصطناعية أكثر ثقة في جميع هذه طبولوجيا المحتملة، وجود بعض من أكثر سهولة لتشكيل "متميز"، وبالتالي تعزيز تقدم الدراسة اليوم.

الشكل | توليفها 2017 فريق نيان ديفيد A. لي ثمانية شبك عبر (المصدر: العلوم)

حاليا، الكيميائيين الاصطناعية لها بنجاح بواسطة تقنية التجميع الذاتي الجزيئي، وتوليفها تصل إلى ستة أنواع مختلفة من التركيب الجزيئي (عقدة الجزيئية). ولكن، كيف يمكن في المستقبل كيف العديد من مختلف أنواع التركيب الجزيئي لتحقيق ذلك؟

المحاكاة الحاسوبية فعالة وموثوق بها، لبناء الكيمياء الاصطناعية "التركيب الجزيئي للالجدول الدوري"

خريطة | الديناميات الجزيئية المحاكاة. (المصدر: ماتيا مارندا وكريستيان ميتشيليتي)

في فريق الدراسة الإيطالية، ومونت كارلو أخذ العينات (مونتي كارلو أخذ العينات) وديناميات المحاكاة الجزيئية، طوبولوجيا من التصفية المكانية مجتمعة تتكون من عدد كبير من القوالب مسبقا المعينة، ومن زاوية الخلفية، ومعالجة التركيز تلك طبولوجيا تم العثور على موضع هندسية بارزة في التركيب الجزيئي الفعلي، مثل التماثل شبه مستو والفترة. مع هذا الأسلوب محاكاة الكمبيوتر، وبناء "عقدة مميزة" قائمة أكثر احتمالا.

FIG | الطائرة وشبه دورية في تكوين مغلق من التماثل الأولي مونتي كارلو أخذ العينات لتجدن أشد الناس عرضة للطوبولوجيا. (المصدر: ماتيا مارندا وكريستيان ميتشيليتي)

"ويتحقق هدفنا من نموذج الحساب، الذي يكشف عن نوع جديد من التركيب الجزيئي (إن وجدت) في تقنيات الكيمياء الاصطناعية الحالية - وخاصة الذاتي التجمع الجزيئي - والأكثر توافرا، وجدنا أن مثل "عقدة مميزة" موجود، ولكن من النادر جدا. بملايين الأنواع الممكنة من التركيب الجزيئي بسيطة، فقط من اثني عشر طبولوجيا مختلفة يمكن تنفيذها ". وقال مارندا" نحسب نتائج نموذج المعرض البساطة المتأصلة في الأنواع، وهذه الجزيئات عقدة النسيج هو نمطي جدا، ولها درجة عالية من التماثل. نحن مع هذه الميزات كمعايير اختيار وفحص خارج مساحة كبيرة من تركيبات جزيئية من نسج أنماط، وحصلت على عدد قليل من لتحقيق نفس السلسلة الجزيئية تجميعها بسهولة لتشكيل قائمة الاتصال الجزيئية ".

FIG | التركيب الجزيئي للالجدول الدوري، على التوالي، وعدد وكمية من القالب حبلا تجديل طاولة تكوينه في المصفوفة. (المصدر: ماتيا مارندا وكريستيان ميتشيليتي)

ماتيا مارندا عند الانتهاء من هيكل تقاطع هذه الجزيئات وجدت هذه الجزيئات عقدة النسيج يبدو أن اتباع الترتيب التنظيمي بسيط. لذا، مارندا من خلال المناقشة وزملاء العمل اختار معلمتين: عدد القوالب وعدد من سلسلة مضفر، وكلاهما يعكس صعوبة تحقيق التركيب الجزيئي مختلف المتوقع أن تواجهها.

وأضاف ميتشيليتي أن "تم اعتماد هذه النتائج وفقا لأحدث التجارب، وهو ما يعني أن التركيب الجزيئي للالجدول الدوري هو في الواقع من الممكن الكيميائيين مساعدة التجريبية لتحديد طوبولوجيا الهدف جزيء محددة في مجال البحوث أو تطبيق في العمق."

مع هذه المعلمتين كما الصفوف والأعمدة، وبناء الباحثون الرسم البياني للجدول الدوري أي، على غرار "التركيب الجزيئي للالجدول الدوري." الجدول الدوري يلخص ليس فقط لم يتحقق تجميع التركيب الجزيئي، ولكن يشمل أيضا لم تتحقق بعد طوبولوجيا الجزيئي الجديد. تخيل، جنبا إلى جنب مع التوقعات وساعد التركيب الجزيئي من الجدول الدوري، والكيمياء الاصطناعية يكون سلاحا في تصميم وتنفيذ التركيب الجزيئي الاصطناعي لل"رحلة ليغو".

آلة جزيئية

لذلك، ما هي نتائج هذه الدراسة في نهاية المطاف سوف يتم منح ما هو عليه؟

وأوضح مارندا وميتشيليتي :. "على الرغم من الكيميائيين والفيزيائيين في الغالب مجرد التركيز على التوليف والتركيب الجزيئي للإثبات مفهوم التصميم الجزيئي، ومع ذلك، فقد تم اقتراح العديد من الاستخدام العملي للاهتمام من"

شيانغ يو 2016 جائزة نوبل في الكيمياء "آلة الجزيئية" هو تطبيقات إمكانيات كبيرة، مثال عظيم هو تطبيق تقاطعات الجزيئية جزيئات قفص (قفص جزيئي) التجمع. والحياكة طوبولوجيا تقاطع جزيء اصطناعي، بعض المواد (مثل المخدرات)، أو محاصرين داخل التركيب الجزيئي العش، ولكن أيضا باعتبارها تسيطر على الآلات الجزيئية بنية جزيئية، في المادية المناسبة - الظروف الكيميائية تحت الحمل أو الإفراج عن هؤلاء نانو السلع، وذلك لتحقيق المتوخاة الجزيئي عالم الروبوت، وسرطان الروبوتات الصغيرة وورم غير الغازية تستهدف العلاج.

التركيب الجزيئي للالجدول الدوري كحقل خريطة الكيمياء الاصطناعية، لا بد لتحقيق تنمية جديدة من المواد الجديدة والمجال الحيوي الطبي والأجهزة الإلكترونية.