Playdough e Lego sono tra i mattoncini più popolari dell'infanzia. Ma cosa potresti usare se volessi creare qualcosa di veramente piccolo, una struttura inferiore alla larghezza di un capello umano?

Si scopre, un team di chimici ha trovato, questo può essere ottenuto creando particelle che hanno tratti sia di plastilina che di Lego.

Queste "particelle a chiazze, " descritto nell'ultimo numero della rivista Natura , sono 1/200 della larghezza di un capello umano e possono formare infinite architetture da una manciata di pezzi di base. E a differenza delle loro controparti più grandi, queste particelle possono autoassemblarsi.

"Immagina di voler costruire un castello, ma invece di raccogliere a mano i mattoni e collegarli pazientemente uno per uno, basta scuotere la scatola dei pezzi in modo che si connettano magicamente l'uno con l'altro formando un castello completo, "dice Stefano Sacanna, un assistente professore al Dipartimento di Chimica della New York University e uno dei creatori. "Queste particelle intelligenti rappresentano un importante passo avanti per la realizzazione di nuovi materiali e micro-macchine autoassemblanti".

Questo processo, l'autoassemblaggio di microarchitetture predeterminate, è simile al modo in cui i cristalli atomici si autoassemblano da una specifica miscela di elementi costitutivi atomici.

"In natura, architetture estremamente precise, come i cristalli, crescere senza soluzione di continuità da zuppe casuali di atomi, " spiega Sacanna. "Utilizzando principi simili, possiamo fabbricare micro-architetture estremamente precise senza l'intervento umano."

"L'autoassemblaggio colloidale ha il potenziale per rivoluzionare la stampa 3D, " aggiunge. "Ciò potrebbe essere ottenuto non semplicemente riducendo ulteriormente le dimensioni delle architetture stampate, ma anche permettendoci di 'stampare' architetture funzionali. Supponi di voler stampare un modellino di auto, utilizzando l'autoassemblaggio colloidale, potresti stampare un'auto che è una frazione di millimetro e che un giorno potrebbe funzionare davvero!"

Per gli scienziati, però, la miniaturizzazione rappresenta attualmente una sfida formidabile.

La manipolazione diretta di "mattoni da costruzione" che sono 10 o anche 100 volte più piccoli di una cellula umana è difficile. Un approccio più efficiente consiste nel replicare ciò che Sacanna chiama la "tecnologia di produzione" della natura:l'autoassemblaggio. Questo, però, richiede la capacità di progettare e produrre elementi costitutivi che sappiano cosa fare e dove andare.

La tecnologia sviluppata nel laboratorio di Sacanna consente la creazione di questi microscopici elementi costitutivi e li impartisce con un manuale di istruzioni integrato che spiega loro come connettersi con le particelle vicine.

"Queste particelle ci aiuteranno a capire - e ci permetteranno di imitare - i meccanismi di autoassemblaggio che la natura usa per generare complessità e funzionalità da semplici elementi costitutivi, " lui dice.

Sacanna e il suo collega Gi-Ra Yi, un professore della Scuola di Ingegneria Chimica della Sungkyunkwan University (SKKU) di Suwon, Corea del Sud, insieme agli studenti laureati della New York University Zhe Gong e Theodore Hueckel, creato queste particelle irregolari tramite una nuova metodologia sintetica chiamata "fusione colloidale, " che non è diverso da come vengono messi insieme diversi pezzi di plastilina.

Mentre la plastilina consiste nel comprimere insieme diversi colori di argilla, la fusione colloidale unisce diverse funzionalità chimiche per creare particelle multifunzionali, anziché multicolori, che contengono anche istruzioni per l'autoassemblaggio. Questo processo si ottiene implementando un software, chiamato "Surface Evolver", che è un pacchetto di simulazione simile a quello utilizzato dagli ingegneri del software per progettare gli edifici.

"Il software ci consente di prevedere come si evolverà un cluster iniziale una volta "schiacciato" e come apparirà la particella irregolare multifunzionale risultante, " nota Sacanna.