إنجاز ثوري في الكيمياء يُقدِّم تحكمّاً غير مُسبق في الروابط الذرية

 By Nick Lavars

ترجمة: محمد البابلي

طور العلماء تقنية جديدة للتحكم في الروابط الذرية داخل جزيء واحد

ضمن ما تم الترحيب به باعتباره أولًا مهمًا للكيمياء ، طور فريق دولي من العلماء تقنية جديدة يمكنها إعادة ترتيب الروابط الذرية بشكل انتقائي داخل جزيء واحد. يسمح هذا الاختراق بمستوى غير مسبوق من التحكم في الروابط الكيميائية داخل هذه الهياكل ، ويمكن أن يفتح بعض الاحتمالات المثيرة فيما يعرف بالآلات الجزيئية.

اقرأ ايضاً :تلسكوب جيمس ويب التابع لناسا يكشف عن صور جديدة مذهلة لكوكب المشتري

تتكون الجزيئات من عناقيد من الذرات ، وهي نتاج طبيعة وترتيب تلك الذرات بداخلها. حيث تتميز جزيئات الأكسجين التي نتنفسها بنفس النوع المتكرر من الذرة ، تتكون جزيئات السكر من الكربون والأكسجين والهيدروجين.

كان العلماء يتابعون شيئًا يسمى "الكيمياء الانتقائية" لبعض الوقت ، بهدف تشكيل نوع الروابط الكيميائية التي يريدونها بالضبط بين الذرات. قد يؤدي القيام بذلك إلى تكوين جزيئات وأجهزة معقدة يمكن تصميمها لأداء مهام محددة.

كانت هذه الآلات الجزيئية المزعومة محورًا لجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2016 ، حيث حصل العالم الهولندي بن فيرينجا على تقدير لإنشاء سيارة جزيئية تعمل بمحركات جزيئية تدور بمعدل 12 مليون دورة في الثانية. لقد رأينا أيضًا العلماء يصنعون مضخات جزيئية وعجلات تروس صغيرة وغواصات جزيئية لاستهداف الخلايا السرطانية ، كانت تلك بعض الأمثلة لا على سبيل الحصر.

يعد تجميع هذه الأنواع من الآلات الدقيقة عملاً دقيقًا شبّه مؤلفو هذه الدراسة الجديدة بـ "وضع مكعبات الليغو في الغسالة على أمل أن ينتهي الأمر بمكوّنات الجزيئات الصغيرة بطريقة ما إلى تجميع نفسها في المنتج المطلوب". يهدف عملهم الجديد إلى الاعتماد بشكل أقل على الحظ والمزيد على التحكم الهادف في الروابط الكيميائية.

اقرأ ايضاً :الصين تبتكر شعاعا ليزريا قد يساهم بالتصوير الدماغي والحوسبة الكمومية

يركز البحث على الجزيئات المعروفة باسم الايزومرات الهيكلية ، والتي لها نفس التركيب الذري ولكن ترتيب مختلف للروابط بين تلك الذرات. باستخدام طرف مجهر مسبار المسح لتطبيق نبضات جهد مختلفة ، أظهر الفريق أنه يمكنهم إعادة ترتيب الروابط الكيميائية بشكل انتقائي. يمكن لجزيء به حلقة كربون مكونة من 10 ذرات في الوسط أن يتحول إلى جزيء بحلقة من أربعة وثمانية أعضاء ، على سبيل المثال ، أو جزيء به حلقتان من ستة أعضاء في المركز.

كانت هذه التفاعلات أيضًا قابلة للانعكاس ، مما يعني أن الفريق يمكنه كسر الروابط المختلفة وتشكيلها حسب الرغبة ، والتبديل بشكل أساسي بين الهياكل الجزيئية بطريقة مسيطر عليها. وصف الفريق هذا الشكل من "الكيمياء الانتقائية" بأنه غير مسبوق.

شرح ليو جروس ، عالم أبحاث IBM وكبير مؤلفي الدراسة ، لـ مجلة نيو أطلس: "إنها الأولى". "هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها مع الانتقائية تشكيل روابط مختلفة في جزيء واحد. وبمقدار نبضة الجهد المطبقة على الجزيء في المركز ، يمكننا اختيار ما إذا كنا نريد إنشاء الجزيء على اليمين أم الجزيء الموجود على اليسار (انظر أدناه) ".

صورة مجهرية للقوة الذرية للجزيئات بترتيبات ذرية مختلفة

اقرأ ايضاً :رقاقة إلكترونية غير تقليدية تحدث ثورة في الذكاء الاصطناعي

لا يزال الوقت مبكرًا بالنسبة للآلات الجزيئية ، لكن التكنولوجيا التي تتيح تحكمًا أفضل في هذه الأنواع من الهياكل يمكن أن تساعد بشكل كبير في تطويرها.

أخبرنا جروس أن "المهام التي يمكن أن تؤديها الآلات الجزيئية يمكن أن تشمل نقل الجزيئات أو الجسيمات النانوية ، وتصنيع الهياكل النانوية ومعالجتها ، وتسهيل التحولات الكيميائية". "يمكن أن تكون التطبيقات المستقبلية مرتبطة بالأجهزة الجزيئية أحادية الإلكترون ، والأنظمة الكهروميكانيكية النانوية ، والتوليف الكيميائي ، وتوصيل الأدوية."

نُشر البحث في مجلة  Science 

المصدر:  IBM Research

-----------------------------

توضيح بناءا على طلب أحد الأخوة المعلقين:

اقرأ ايضاً :إعلانات “آيفون” لها الوقت نفسه ، وغوغل سُمي بالخطأ.. 12 معلومة طريفة وغريبة عن التكنولوجيا

لنفترض وجود مركب أ متكون من عدد من الذرات والتي بدورها تكون الجزيئات التي تعتبر اللبنة الاساسية للمركبات ، ولوحظ ان المركب نفسه الموجود في منطقة معينة أخرى - سواء كانت طبيعية ام صناعية كالمختبرات مثلا - ولنسميه المركب ب ، لكن هذا المركب ب  له خصائص تختلف عن خصائص المركب أ ، رغم انهما يتكونان من نفس الذرات سواء من ناحية النوع والعدد ، لاحظ العلماء ان الاختلاف قي خصائص المركبين أ و ب يعود الى شكل الترتيب الجزيئي لهما مما اعطى لكل مركب منهما خاصية او اكثر تختلف عن الآخر.

الان لنفترض ان المركب أ و ب  يستخدمان في صناعة اللدائن ، وتمكن فريق علمي متخصص من اعادة ترتيب التشكيل الجزيئي فأنتجوا المركب ج الذي أمتلك قوة تحمل للحرارة تفوق المركب أ و ب بعشرة أضعاف ، وذلك بسبب التشكيل الجزيئي الجديد الذي أنتجه العلماء.

كان ذلك في المجال الصناعي ، أما في المجال الطبي فأن الأمر نفسه يتحقق اذا نجح العلماء في انتاج ترتيب جزيئي جديد لدواء معين مثلا لكي يكتسب قدرة اعلى على الشفاء ، أو انقاذ حياة مريض متسمم وذلك بتغيير الترتيب الجزيئي لذلك السم في سبيل توهين سموميته ، هذا مجرد مثال وليس واقعا لتوضيح الصورة فقط لهذا الأكتشاف ومدى أهميته العظمى في المستقبل القريب.

دمتم بود