最强分子结

尹丹

2017年1月13日，英国曼彻斯特大学化学学院教授戴维·利等人成功地在分子尺度上打出有8个交叉的扭结。这是迄今为止最复杂、最牢固的人工分子结，被美国《科学》杂志评为“史上最强分子结”，这样的分子结在将来有望用于开发许多新型材料。

什么是分子结？在几何中，扭结是指三维空间中的一条闭合曲线，可以看作单位圆到三维空间中拓扑嵌入的像。单位圆就是平凡的扭结，若干个扭结套在一起，叫做链环。

在自然界中已知存在超过六十亿种不同的扭结，但迄今为止，人类仅成功利用小分子合成了三个扭结。第一个扭结是1989年报告的，它像3个环套在一起的三叶结。三叶扭结是由莫比乌斯带（把一根纸条扭转180°后，两头再粘接起来做成的纸带圈）演变而成的，它由一条三棱柱带经过三次盘绕，将其中的一端旋转120°后首尾相接，构成三面连通的单侧单边的三叶扭结造型。在位于北京朝阳区的中国科技馆展厅中的一个标志性物体就是“三叶扭结”，它整体宽度为10米，高12米，带宽1.65米，表示科学没有国界，各类科情报站学之间也没有边界，科学是互相连通的，科学和艺术也是相互连通的；第二个扭结是8字结；第三个扭结是戴维·利于2011年报告的，有5片“叶子”的五葉结。

而今，戴维·利等人利用“自我组装”的技术，以分子链为“绳子”，绕着金属离子编织出有8个交叉的扭结，每个分子链的末端通过化学催化剂连接在一起，形成了完整的封闭扭结。这个有8个交叉的扭结包含了192个原子，宽度为20纳米，比人的一根头发丝还要细很多。

打出不同类型的分子扭结，意味着科学家可以进一步探讨这些结构如何影响材料的强度和弹性，从而开发出更轻、更坚固、更有弹性的新材料，在手术缝合线、防弹衣等众多领域里大展拳脚。研究人员表示，这项工作被视为“科学里程碑”。