最強分子結

尹丹

2017年1月13日，英國曼徹斯特大學化學學院教授戴維·利等人成功地在分子尺度上打出有8個交叉的扭結。這是迄今為止最復雜、最牢固的人工分子結，被美國《科學》雜志評為“史上最強分子結”，這樣的分子結在將來有望用于開發許多新型材料。

什么是分子結？在幾何中，扭結是指三維空間中的一條閉合曲線，可以看作單位圓到三維空間中拓撲嵌入的像。單位圓就是平凡的扭結，若干個扭結套在一起，叫做鏈環。

在自然界中已知存在超過六十億種不同的扭結，但迄今為止，人類僅成功利用小分子合成了三個扭結。第一個扭結是1989年報告的，它像3個環套在一起的三葉結。三葉扭結是由莫比烏斯帶（把一根紙條扭轉180°后，兩頭再粘接起來做成的紙帶圈）演變而成的，它由一條三棱柱帶經過三次盤繞，將其中的一端旋轉120°后首尾相接，構成三面連通的單側單邊的三葉扭結造型。在位于北京朝陽區的中國科技館展廳中的一個標志性物體就是“三葉扭結”，它整體寬度為10米，高12米，帶寬1.65米，表示科學沒有國界，各類科情報站學之間也沒有邊界，科學是互相連通的，科學和藝術也是相互連通的；第二個扭結是8字結；第三個扭結是戴維·利于2011年報告的，有5片“葉子”的五葉結。

而今，戴維·利等人利用“自我組裝”的技術，以分子鏈為“繩子”，繞著金屬離子編織出有8個交叉的扭結，每個分子鏈的末端通過化學催化劑連接在一起，形成了完整的封閉扭結。這個有8個交叉的扭結包含了192個原子，寬度為20納米，比人的一根頭發絲還要細很多。

打出不同類型的分子扭結，意味著科學家可以進一步探討這些結構如何影響材料的強度和彈性，從而開發出更輕、更堅固、更有彈性的新材料，在手術縫合線、防彈衣等眾多領域里大展拳腳。研究人員表示，這項工作被視為“科學里程碑”。