Un tipo di superficie molecolare ritenuta estremamente scivolosa potrebbe non rimanere tale in tutte le condizioni, secondo la nuova ricerca di UChicago e Argonne in Science.

Lo studio degli scienziati dell'Institute for Molecular Engineering dell'Università di Chicago e dell'Argonne National Laboratory potrebbe avere implicazioni per coloro che cercano di sfruttare queste superfici per nuove tecnologie, come sostituzioni articolari o superfici antiappannamento.

Gli scienziati si sono molto interessati a un tipo di formazione molecolare chiamata spazzola polielettrolitica negli ultimi dieci anni, ha affermato il coautore dello studio e direttore dell'IME Matt Tirrell, perché si pensa che rendano scivolose le superfici. Queste molecole, che sembrano un campo di minuscoli peli che si rizzano quando sono carichi, sono mantenute dritte perché le cariche negative lungo ciascuna spazzola si respingono. Molecole simili rivestono le nostre articolazioni e il nostro tratto gastrointestinale.

Ma ad oggi, tutti gli studi hanno esaminato questi pennelli mentre erano immersi in acqua pura o acqua con ioni con solo +1 cariche. Molte condizioni nel mondo reale, come all'interno del corpo umano, comportano l'esposizione a liquidi con ioni multivalenti, quelli con cariche +2 o +3, come calcio e magnesio, invece di solo +1.

Quando il team ha deciso di indagare sulle prestazioni dei pennelli in liquidi così salati, videro la scivolosità calare vertiginosamente.

"Tutto ciò che serve sono piccole quantità di questi ioni per cambiare completamente la struttura, ", ha affermato il coautore dello studio Juan de Pablo, il Liew Family Professor in Ingegneria Molecolare. "Potremmo aspettarci di vedere qualche cambiamento, ma vedere cambiamenti così drammatici con quantità così piccole è stata una sorpresa."

Quando Nick Jackson, una Maria Goeppert Mayer Fellow ad Argonne, simulato le reazioni, potevano vedere il dramma svolgersi a livello molecolare.

"Questi sali multivalenti fanno semplicemente crollare l'intera cosa, " Disse Tirrell. "Le forze normali tra le superfici invece vengono attratte l'una dall'altra, e i pennelli diventano appiccicosi e si restringono in piccole macchie."

L'effetto peggiora anche quando i pennelli vengono schiacciati, un'altra condizione comune nel mondo reale.

È un effetto sorprendente, gli scienziati hanno detto, ed è una preoccupazione per scienziati e ingegneri che cercano di trasformare i pennelli in tecnologia. "È possibile che queste spazzole in polielettrolita non siano davvero fondamentalmente responsabili della lubrificazione delle articolazioni, "Tirrell ha detto, o che ci sono altri effetti in gioco che non comprendiamo ancora del tutto.

La simulazione è stata parzialmente eseguita su Blues, un cluster di calcolo ad alte prestazioni gestito dal Laboratory Computing Resource Center presso l'Argonne National Laboratory.