Рух # BlackinChem організували шість американських хіміків, щоб підтримати афроамериканців і представників інших небілих рас, що працюють в різних областях хімії. У рамках цієї акції щодня з 10 по 16 серпня хіміки розповідають про себе, свою роботу і проблеми, з якими стикаються в академічному середовищі. Один з учасників руху поділився посиланням на свою статтю про фотолюмінесцентні та радіолюмінесцентні метал-органічні каркаси. Репер MC Hammer помітив цю публікацію і ретвітнув посилання, а потім і опублікував окремий твіт з назвою статті і посиланням на неї. Редакція розповідає, що таке метал-органічні каркаси, чим вони цікаві, і що саме зробили автори роботи, яку прославив репер.
Хіміки кажуть, що метал-органічні каркасні структури - прикордонні між органічною та неорганічною хімією. З одного боку, вони частково схожі на полімерні матеріали, тому що складаються з безлічі повторюваних елементів. З іншого - в їх складі присутні атоми або іони металів. Але найцікавіше в них - це складна просторова структура, саме вона дає їм корисні властивості.
Mesoporous stilbene-based lanthanide metal organic frameworks: synthesis, photoluminescence and radioluminescence characteristics - Dalton Transactions (RSC Publishing) #BlackinOrganic #BlackinChemRollCall https://t.co/qhlMLv9Dod
— MC HAMMER (@MCHammer) August 13, 2020
Метал-органічні каркаси (англійською їх називають metal-organic frameworks, MOF) хіміки збирають з двох головних компонентів. Це, по-перше іони металів або групи молекул з атомів металів (кластери), які тримаються разом завдяки ковалентним зв'язкам. Другий компонент - органічні молекули або ліганди. Виходить ажурна сітка складної конфігурації, де у вузлах сітки - іони або кластери, а з'єднують їх органічні ліганди або лінкери. У цих конструкціях, в яких, як сказали б художники, «багато повітря», а хіміки говорять про пористі структури з розміром пір в кілька нанометрів. Розміри і конфігурація пор можуть дуже сильно змінюватися залежно від того, які іони і ліганди ви взяли, і який спосіб синтезу вибрали.
Як інші пористі структури, MOF володіє дуже великими площами поверхні, тому головна область застосування каркасів - всілякі фільтри і каталізатори. Зокрема, їх використовують для адсорбції токсичних газів і навіть піротехніки.
Але на цьому можливості каркасів не закінчуються. Якщо вбудувати в їхні тривимірні решітки органічні молекули-хромофори, можна отримати, наприклад, детектори гам- або рентгенівського випромінювання. Люмінесцентні метал-органічні каркаси випромінюватимуть видиме світло у відповідь на опромінення ультрафіолетом або іонізуючим випромінюванням (сцинтиляція) з більшою ефективністю, ніж у вільному вигляді. Вбудована в жорстку структуру молекула з меншою ймовірністю позбудеться зайвої енергії, змінивши свою конформацію, тому їй залишиться тільки випустити квант світла.
Автори роботи, на яку послався MC Hammer, Стівен Матіс (Stephan Mathis) з колегами використовували для побудови каркаса похідне від стільбену - молекули, яка випускає видиме світло під дією іонізуючого випромінювання, а також солі трьохвалентних лантанідів. Структура каркаса виглядає як ромбовидна мережа з великими порами, утворену іонами лантанідів з карбоксильними групами і лігандами, здатними до фотолюмінесценції. Через те, що молекули «тримає» жорстка структура, інших шляхів позбутися енергії, крім люмінесценції, у молекул не залишалося. Тому такий метал-органічний каркас ефективно реагував на збудження іонізуючим випромінюванням.
Такі метал-органічні каркаси можна використовувати в детекторах іонізуючого випромінювання - наприклад, для біологічної безпеки, радіографії та моніторингу радіоактивного забруднення.
MC Hammer не вперше ділиться зі своїми читачами науковими роботами. Ще в 2014 році він посилався на новинну замітку про управління поведінкою мух за допомогою впливу лазера на їх мозок, а в липні спілкувався з читачами на тему, чи є у серця мозок, чи може воно думати і відчувати емоції, ділився статтею про передачу інформації про поведінку між поколіннями, науково-популярним відео про слизовиків і заміткою про передачу інформації за допомогою вірусів.
Крім MC Hammer, рух # BlackinChem підтримали нобелівський лауреат з хімії в 2018 році Френсіс Арнольд і американський актор Майкл Бі Джордан.
Музиканти нерідко захоплюються наукою, а іноді досить серйозно. Наприклад, соліст гурту «The Offspring» Брайан Кіт Холланд у 2017 році захистив кандидатську дисертацію з біоінформатики.