In questo articolo Indice dei contenuti 2 sezioni
Progettare un materiale partendo dalla sua struttura più intima, quasi atomo dopo atomo, per ottenere esattamente le proprietà desiderate è un’ambizione che la scienza insegue da tempo. Oggi quel traguardo sembra un po’ meno lontano grazie a un team di ricercatori del MIT, che ha messo al centro di un recente studio le nanoparticelle, componenti talmente minuscoli da sfuggire a qualsiasi osservazione a occhio nudo ma capaci, se organizzati nel modo giusto, di cambiare le regole con cui si costruiscono i materiali.
Il punto di svolta sta nei collegamenti. Gli studiosi hanno utilizzato legami molecolari estremamente flessibili e in questo modo sono riusciti a ottenere disposizioni di particelle che finora erano molto difficili da raggiungere. Non si tratta di un dettaglio da laboratorio fine a sé stesso, perché queste nuove configurazioni aprono possibilità inedite nella progettazione di materiali avanzati, dove la forma con cui gli elementi si legano tra loro conta quanto gli elementi stessi.
Mattoncini LEGO in scala nanometrica
L’argomento è complesso, su questo non ci sono dubbi. Per renderlo più digeribile conviene ricorrere a un’immagine familiare a chiunque abbia passato qualche pomeriggio a costruire castelli e astronavi da bambino. Le nanoparticelle possono essere pensate come piccolissimi mattoncini LEGO, con una differenza importante rispetto ai pezzi di plastica che tutti conoscono. Non si incastrano grazie a sporgenze e incavi, ma vengono tenute insieme da veri e propri bracci molecolari.
Questi bracci hanno un nome preciso e si chiamano ligandi. Sono loro a determinare come una particella si aggancia alle altre e, di conseguenza, quale architettura complessiva prenderà forma. Proprio come nei mattoncini il tipo di incastro decide che cosa si può costruire e che cosa no, anche nel mondo delle nanoparticelle il comportamento dei collegamenti finisce per stabilire i limiti del possibile.
Dalla rigidità alla flessibilità, la scelta del gruppo di Macfarlane
Tradizionalmente i ligandi vengono progettati con un obiettivo molto chiaro, cioè mantenere posizioni precise. È una logica che ha senso e che ha funzionato a lungo, ma che porta con sé un vincolo evidente. Le particelle sono costrette a disporsi secondo geometrie prestabilite, un po’ come se ogni mattoncino potesse essere collocato soltanto in un punto e con un’unica angolazione. Il risultato è ordinato e prevedibile, però lascia poco margine per esplorare strutture diverse.
Il gruppo guidato dal professor Robert Macfarlane ha deciso di percorrere un’altra strada. Al posto dei collegamenti rigidi i ricercatori hanno impiegato catene polimeriche flessibili, le cui estremità sono dotate di cariche elettriche positive oppure negative. Questa combinazione cambia parecchio le carte in tavola. Da una parte la flessibilità delle catene concede alle particelle una libertà di movimento che i ligandi tradizionali non permettono, dall’altra le cariche opposte presenti alle estremità forniscono il meccanismo con cui gli elementi si attraggono e si legano tra loro.
Tornando all’esempio dei mattoncini, è come se i pezzi non fossero più vincolati a un incastro fisso ma potessero unirsi grazie a connettori morbidi e calamitati, capaci di adattarsi senza perdere la presa. Proprio grazie a questo approccio gli studiosi del MIT sono riusciti a realizzare organizzazioni di nanoparticelle che con i metodi classici risultavano difficili da ottenere, ampliando così il ventaglio di strutture a disposizione di chi lavora alla progettazione dei materiali del futuro.
Fonte: TecnoAndroid