Просто добавьте тепла, чтобы открыть эту крошечную коробку

Исследователи разработали два типа строительных блоков наноразмерного размера, которые могут автоматически соединяться в кубы и собираться обратно в отдельные компоненты в зависимости от температуры окружающей среды. Это достижение является еще одним шагом на пути к химическим системам, которые более реалистично имитируют жизнь.

"Представьте, что вы смешиваете две жидкости, например, чернила и воду. Они автоматически будут выполнять простой химический процесс диспергирования, пока не будут идеально перемешаны ", - сказал профессор Шуичи Хираока из Высшей школы искусств и наук Токийского университета.

"Однако нет химического процесса для автоматического разделения воды и чернил - вам нужно вскипятить воду до газообразного состояния, чтобы отделить ее от чернил", - добавил он.

Новые строительные блоки, разработанные командой Хироки, могут соединяться или скремблироваться автоматически из-за разной температурной стабильности кубов, которые они образуют.

Два типа строительных блоков почти идентичны и имеют форму снежинок. Исследователи окрашивают их в красный или синий цвета на схематических схемах. Куб, собранный из красных блоков, стабилен при температуре ниже 130 градусов по Цельсию (266 градусов по Фаренгейту), в то время как куб, собранный из синих блоков, стабилен только при температуре ниже 65 градусов по Цельсию (149 градусов по Фаренгейту).

При разделении строительные блоки соединяются в полностью красные или полностью синие однородные кубики.

Когда два типа кубиков смешиваются при комнатной температуре (25 градусов по Цельсию, 77 градусов по Фаренгейту), красные и синие строительные блоки автоматически объединяются в наиболее стабильный тип кубиков, которые состоят из любой комбинации трех красных и трех синих блоков. Эта смесь красно-синих кубиков аналогична хорошо перемешанным чернилам и воде.

Когда исследователи хотят перемешать красно-синие кубики, чтобы преобразовать полностью красные и полностью синие кубики, они выполняют простое двухэтапное изменение температуры. Эта способность представляет собой химическое достижение, невозможное со смесью чернил и воды.

Сначала они нагревают смесь до кипения (100 градусов по Цельсию, 212 градусов по Фаренгейту). Синие кубики становятся нестабильными и уплывают в виде отдельных молекул, в то время как красные строительные блоки рекомбинируют в полностью красные кубики.

Затем исследователи быстро охлаждают смесь (0 градусов по Цельсию, 32 градуса по Фаренгейту), чтобы красные кубики оставались вместе, в то время как синие строительные блоки автоматически собираются в полностью синие кубики.

Исследователи также могут предотвратить превращение смеси полностью красных и полностью синих кубиков в более устойчивые красно-синие смешанные кубики, заполнив кубики чем-нибудь, например, другими молекулами, такими как углеводороды. Молекулы-гости эффективно запирают кубики изнутри, чтобы строительные блоки не могли скремблироваться в другие, более устойчивые комбинации кубиков.

"В будущем мы планируем разработать еще более сложную химическую систему на основе молекулярных кубов, используя уникальную способность к самосборке и различные источники энергии, помимо тепла", - сказал Хираока.