Postoje, ili – bolje rečeno – nekoć su na glasu bili slikari minijaturisti, poput našeg Julija Klovića, koji su slikali slike veličine dlana s milimetarskim detaljima. No ima i majstora mikrominijaturista. To su ljudi koji satima i satima naprežu oči da bi sićušnim alatima, koje drže između jagodica palca i kažiprsta, napisali tekst na zrnu riže ili od njega izradili nešto u čemu se može uživati samo pogledom, i to pod povećalom. No došla su nova vremena. Ljudsku ruku i bezgraničnu strpljivost zamijenila je tehnologija. U tome i kemičari imaju udjela. I evo: japanski su znanstvenici uspjeli napraviti posude od nekoliko mikrometara, dakle nekoliko stotina puta manje od milimetra. I to sasvim jednostavno.

Kako je napravljena mikrometarska posuda otkriva naslov znanstvenog rada „Synchronous assembly of chiral skeletal single-crystalline microvessels“ što je izišao početkom prošlog mjeseca u časopisu Science. Minijaturna se posuda sastoji od samo jednog kristala (single-crystalline microvessel), no ne bilo kakvog kristala na što upućuje izraz „kiralnog skeletnog (chiral skeletal)“. Riječ „kiralan“ odnosi se ne samo na kristal nego i na molekule od kojih je složen i koje su, razumije se, također kiralne. To su molekule ugljikovodika [2.2]paraciklofana na koje su vezane po četiri (metokskifenil)etinilne skupine ili, ukratko, (S)-CP₄. (Postoji i drugi enantiomer, (R)-CP₄, s kojim se postižu isti rezultati kao i s prvim.)  Zahvaljujući planarnoj geometriji, molekule se lako slažu – poput cigli u zidu –  jedna do druge i jedna povrh druge. Slažu se, slažu dok ne naraste kristal.

No kristal organskog spoja (S)-CP₄ nije samo kiralan nego je i skeletan. To znači da su mu plohe razlomljene, udubljene, neravne. Takve kristale nalazimo u carstvu minerala, kolekcionari ih jako cijene, no kako takvo što dobiti umjetnim putem?  I to skeletni kristal čija je jedna ploha toliko udubljena da poprimi oblik posude?

Kakav će se kristal izrasti iz otopine pitanje je za Nobelovu nagradu – na njega kemičari još nemaju pouzdanog odgovora. Oblik kristala određuju naime dva činitelja. Prvi je činitelj njegov idealni oblik. Taj je oblik nemoguće postići jer on nastaje kada se kristal i otopina iz koje raste uvijek nalaze u termodinamičkoj ravnoteži, a to znači da ne raste! Ipak, nešto slično ravnotežnom stanju može se postići ako kristal sporo raste. Nasuprot tome, pri brzoj kristalizaciji nije presudna termodinamika nego kinetika, jer o njoj ovisi koliko će brzo i u kojem smjeru kristal rasti. Stoga je jasno je da o obliku skeletnih kristala odlučuje kinetika. Treba, ukratko, napraviti pokus u kojem će kristal jednako rasti u smjeru dvije (a, b), a drugačije u smjeru treće (c) kristalne osi. U tom će slučaju nastati nešto nalik na posudicu.

I baš su to učinili japanski znanstvenici. Otopili su spomenuti kiralni organski spoj, (S)-CP₄, u alkoholu, otopinu kapnuli na podlogu od kremena i pustili da otapalo ishlapi. Nakon desetak sekundi evo rezultata: na podlozi silicijeva dioksida pojavilo se mnoštvo skeletnih kristala, mnoštvo malih posudica. Koliko malih? Srednja vrijednost donjeg promjera je bila, da budem sasvim precizan, 4,3 μm sa standardnom devijacijom 0,41 μm. No da se ne bismo igrali sa statistikom, reći ću da je dno najmanje posudice imalo promjer 3,5, a najveće 5,5 μm.

Lako je dobiti kristal (S)-CP₄, pa i njegov skeletni oblik, problem je kako prirediti kristal željenog oblika. Prvi dio odgovora leži u tome da kristali nisu rasli slobodno u otopini nego na čvrstoj podlozi. Drugi dio odgovora nalazi se u koncentraciji otopljene tvari. Pri niskoj koncentraciji (0,4 g/L) izraste kristal s manje-više ravnim stranicama, pri visokoj koncentraciji (2,0 g/L) izraste iz zajedničke jezgre šest igličastih kristala, dok samo pri povoljnoj koncentraciji (1,0 g/L), koja se nalazi između spomenuta dva ekstrema, nastaje skeletni kristal u obliku šesterostrane posudice.

Za što bi posudice mogle poslužiti? Očito za držanje tekućina i otopina, nešto što kemičarima (i ne samo njima) uvijek treba. (Da je to moguće izvesti potvrdili su eksperimenti opisani u rečenom radu.) Koliko u posudicu stane? Teško je procijeniti, ali sigurno nekoliko kubičnih mikrometara, dakle nekoliko puta više od 10^-15 litara ili 10^-12 grama – jednom kapi moglo bi se napuniti desetak tisuća posudica. 

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Ove mu godine izlazi još jedna, „Kemija – muza arhitekture“, koju je napisao u koautorstvu s arhitektom Zvonkom Pađanom.