Самосборка молекул широко распространена в природе, служа способом формирования организованных структур в каждом живом организме. Это явление можно увидеть, например, когда две нити ДНК — без какого-либо внешнего толчка или направления — соединяются, образуя двойную спираль. Или, например, когда большое количество молекул объединяется, чтобы создать мембраны или другие жизненно важные клеточные структуры.

Последние пару десятилетий ученые и инженеры следуют примеру природы, создавая молекулы, которые собираются самостоятельно, например, в воде. Цель — создание наноструктур, в первую очередь, в биомедицинской сфере.

Команда ученых из Массачусетского технологического института (MIT) разработала новый класс малых молекул, которые спонтанно собираются в наноленты с беспрецедентной прочностью, сохраняя свою структуру вне воды.

Обычно самосборные структуры моделируются по образцу клеточной мембраны. Их внешняя часть отличается гидрофильными свойствами, а внутренняя — гидрофобными. Конфигурация, основанная на радикально разных процессах, и обеспечивает движущую силу для самосборки. Однако вне воды такая конструкция распадается.

Новый дизайн молекулы, созданной в Массачусетском технологическом институте, состоит из трех основных компонентов: внешней гидрофильной части, которая «любит» взаимодействовать с водой, арамидов в середине для связывания и внутренней гидрофобной части с ее «отвращением» к воде. По словам ученых, он вдохновлен строением кевлара. Арамиды в структуре обеспечивают его химическую стабильность и прочность.

Исследователи протестировали десятки молекул, отвечающих этим критериям, прежде чем нашли конструкцию, которая привела к созданию длинных лент с толщиной в нанометровом масштабе. Затем авторы измерили их прочность и жесткость, чтобы понять влияние включения кевларового взаимодействия между молекулами. Они обнаружили, что такие нановолокна оказались неожиданно прочными — прочнее даже стали.

Это открытие заставило авторов задуматься, можно ли связать наноленты в связку для получения стабильных макроскопических материалов. Выровненные волокна стягивались в длинные нити, которые можно было сушить и обрабатывать. Оказалось, они способны удерживать вес в 200 раз превышающий их собственный.