Alcuni materiali sono speciali non per quello che contengono, ma per quello che non contengono. È il caso delle strutture metallo-organiche (MOF), strutture ultra-porose che vengono sviluppate per una varietà di applicazioni future, dall'ignizione alla somministrazione di farmaci.

I MOF sono, infatti, i materiali più porosi conosciuti dall'umanità. Una struttura metallo-organica, cosiddetto NU-110, ha una superficie così ampia che solo un grammo di esso potrebbe essere spiegato per coprire un campo da calcio e mezzo.

Quell'enorme superficie interna è il risultato dei componenti atomici:atomi di metallo collegati tra loro da molecole organiche, formando una struttura a gabbia. È armeggiando con la chimica di queste gabbie, e inserendo diversi oggetti al loro interno, che gli scienziati sono in grado di contemplare così tante applicazioni diverse.

"Per scelta giudiziosa dei metalli e delle molecole di collegamento, esiste un numero enorme di materiali che possono essere preparati con proprietà progettate per esigenze specifiche, " ha affermato il dott. Ross Forgan dell'Università di Glasgow nel Regno Unito, che sta esplorando strutture metallo-organiche per la somministrazione di farmaci antitumorali.

Targeting attivo

La maggior parte dei farmaci chemioterapici finisce per colpire i tessuti sani e il tumore, da qui i noti effetti collaterali della nausea, danno renale e perdita di capelli. Per provare a risolverlo, alcuni trattamenti "mirati passivamente" si basano su nanoparticelle per trarre vantaggio dal fatto che i tumori sono migliori delle cellule normali nel trattenere le nanoparticelle.

L'obiettivo del Dr. Forgan è quello di migliorare e mirare attivamente ai tumori. I farmaci antitumorali possono essere caricati in strutture metallo-organiche, mentre gli stessi MOF possono essere progettati per attaccarsi specificamente ai tumori.

Targeting attivo significa che tutti i farmaci finiscono alla porta di un tumore, generando così meno effetti collaterali. Significa anche che i medici possono applicare trattamenti farmacologici che di solito sono troppo potenti da considerare.

"Le strutture metallo-organiche non si accumulano, " ha detto il dottor Forgan. "Una volta che hanno consegnato il loro carico si idrolizzeranno (si romperanno), smontaggio nei loro componenti metallici e linker, che può essere scelto per essere completamente non tossico."

Attualmente, Il Dr. Forgan e i suoi colleghi stanno sviluppando la chimica delle strutture metallo-organiche, usando DNA e altre molecole, per farli attaccare ai tumori. Nel frattempo, stanno sviluppando metodi per rendere i MOF veloci, regolabile e ripetibile:tutti i requisiti chiave per i test clinici.

Potenziamento di 100 volte

Quest'anno, hanno fatto una scoperta cruciale:che la citotossicità, o efficacia, dei farmaci antitumorali è in gran parte determinato non dalla loro quantità, ma dal meccanismo specifico con cui vengono assunti. Infatti, la regolazione di questo meccanismo con strutture metallo-organiche ha permesso ai ricercatori di aumentare la citotossicità di semplici molecole anticancro di circa 100 volte.

Le strutture metallo-organiche sono state propagandate come salvatori per quasi tutto. potenzialmente, potrebbero immagazzinare idrogeno per la generazione di elettricità pulita, eseguire la fotosintesi artificiale e persino rilevare armi chimiche.

Presso l'Istituto dei materiali IMDEA di Madrid, Spagna, Il professor De-Yi Wang sta esplorando un'applicazione potenzialmente più diffusa:l'ignizione. Gli attuali materiali ignifughi si basano su molecole organiche contenenti fosforo e, pur essendo efficace, questi sono dannosi per l'ambiente e tendono a compromettere la rigidità delle superfici su cui vengono applicati.

D'altra parte, una struttura metallo-organica può effettivamente migliorare le proprietà meccaniche di una superficie. Può anche contenere un composto ritardante di fiamma, ma usane meno per generare la stessa protezione.

"Possiamo migliorare la resistenza alla fiamma in un modo più rispettoso dell'ambiente, senza sacrificare le prestazioni meccaniche – o addirittura migliorarle, " ha detto il Prof. Wang. Quando la sua struttura metallo-organica ignifuga è esposta al fuoco, Il prof. Wang spiega, invece di bruciarlo semplicemente con i caratteri, proteggendo ciò che sta sotto.

Instabile

Finora, così buono. Ma i problemi restano come il fatto che le strutture metallo-organiche non sono molto stabili in acqua – un problema se, Per esempio, gli scienziati vogliono incorporarli in prodotti a base d'acqua, vernici ignifughe. Il prof. Wang pensa che la risposta potrebbe essere quella di rivestire le strutture metallo-organiche con tensioattivi – il detergente è un esempio comune – per aiutarle a stabilizzarsi e mescolarsi con l'acqua.

La buona notizia è che i MOF particolari che il prof. Wang e i suoi colleghi stanno utilizzando possono già essere realizzati rapidamente e in grandi lotti, il che significa che un percorso a basso costo verso l'industrializzazione sembra fattibile.

"Molti tipi di poliestere termoplastico nella nostra vita quotidiana potrebbero essere dotati di ritardante di fiamma e altre funzioni, quali proprietà meccaniche rinforzate, " Egli ha detto.