Particelle colloidali che si autoassemblano in molecole.

Fonte: LeScienze.it

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Una nuova tecnica permette di costruire strutture complesse che simulano il comportamento di atomi e molecole a partire da particelle colloidali con dimensioni di alcune centinaia di nanometri. Oltre ad aprire le porte alla sintesi di materiali con proprietà sconosciute, questa tecnica rende possibile l'impiego delle particelle come modello per lo studio del comportamento dinamico della materia a scale molto più piccole.
Nuovi tipi di particelle che si autoassemblano in strutture complesse secondo gli stessi schemi con cui gli atomi si uniscono per formare molecole, ma di dimensioni molto maggiori, circa un millesimo dello spessore di un capello umano, sono state ottenute a partire da sospensioni colloidali da un gruppo di ricercatori della New York University, della Harvard University e della Dow Chemical Company, che ne riferiscono in un articolo pubblicato su “Nature”.

I colloidi sono sospensioni omogenee di particelle alle microscale o alle nanoscale in un liquido. Sono di grande interesse scientifico, ma il loro potenziale per la creazione di nuovi materiali è rimasto ampiamente inutilizzato.

In passato infatti gli scienziati sono riusciti a costruire solo strutture rudimentali a partire dai colloidi. Questo perché le particelle colloidali hanno in generale una struttura sferica e aderiscono tra loro in modo uniforme lungo tutte le rispettive superfici, inoltre interagiscono in base a forze non specifiche. Per ovviare a questo inconveniente si è pensato di attaccare molecole di DNA a singolo filamento alle particelle, in modo che interagiscano solo con altre particelle portatrici di filamenti di DNA complementari. Tuttavia il trucco di dotare le particelle di simili “cerotti” (patch) adesivi non ha risolto il problema della direzionalità dei legami, che è necessaria per il controllo dell’auto-assemblaggio delle particelle, così da rendere possibile un aumento della complessità della struttura.

La nuova tecnica consente la creazione di particelle micrometriche che simulano la struttura di molecole. (Cortesia Yufeng Wang e Yu Wang / Nature)

Dato che in chimica la direzionalità delle strutture è legata anche alla valenza degli atomi coinvolti, gli autori dell'articolo hanno pensato di imitare questa proprietà dotando le particelle di un numero maggiore di cerotti secondo diverse simmetrie. "Questo

ci dà una grande flessibilità nella progettazione di strutture tridimensionali", ha spiegato David Pine, uno degli autori dello studio.

Le particelle complesse ottenute con questa tecnica sono piuttosto grandi, da 500 a 900 nanometri di diametro, una caratteristica che permette di osservarle con la microscopia ottica, opportunità non praticabile con gli atomi, e di usarle come modello per il comportamento dinamico della materia a scale molto piccole. Inoltre, dato che la procedura può essere eseguita a partire da colloidi di dimensioni originariamente differenti, è possibile combinare particelle di dimensioni diverse in una molteplicità di configurazioni, lunghezze, spaziature e simmetrie che non si trovano in un sistema naturale. Tutto questo potrà consentire di assemblare materiali dotati di proprietà finora sconosciute.