Lo sviluppo di micro e nanomacchine semoventi in grado di emulare gli intricati meccanismi interni del corpo umano e/o dell'ambiente naturale ha catturato l'immaginazione di una comunità di ricerca in continua espansione dall'inizio del millennio. Si prevede che questi dispositivi svolgeranno un ruolo importante nella nanomedicina e nella bonifica ambientale.

Una delle principali sfide affrontate dagli scienziati risiede nella ricerca di modi efficienti per alimentare queste macchine senza attingere a fonti esterne. Gli studi dell'ultimo decennio circa hanno prodotto lotti campione di motori in grado di catturare, trasportare e consegnare carichi, o rilevare e neutralizzare gli inquinanti chimici o biochimici, tra tanti altri compiti. Però, la comprensione dei meccanismi precisi che causano queste azioni è limitata.

Il problema è come studiare le reazioni fisico-chimiche e altri fenomeni che si verificano in un oggetto che zigzaga ovunque attraverso un mezzo acquatico. Il primo micromotore progettato nel 2004 è stato soprannominato "nuotatore". Ma se tieni fermo un nuotatore, le stesse caratteristiche che altrimenti lo farebbero muovere attraverso il fluido faranno sì che il fluido si muova attraverso di esso, trasformandolo in una pompa. Le osservazioni di tali "micropompe" possono quindi essere estrapolate per ottenere una migliore comprensione dei micromotori.

Da questo punto di partenza, i ricercatori dell'ICN2 Force Probe Microscopy e Surface Nanoengineering Group guidati dal Dr. Jordi Fraxedas hanno sviluppato una serie di tecniche che forniscono un'analisi più approfondita dei parametri chiave che influenzano questo comportamento. Con il supporto aggiuntivo del Prof. Dr. David Reguera dell'Università di Barcellona e del Dr. Borja Sepúlveda Martínez del gruppo di nanostrutture magnetiche ICN2, guardano come la complessa interazione della chimica di superficie, gradienti chimici, e i campi elettrico e fluido si traducono in moto, e come la conoscenza acquisita può essere utilizzata per mettere a punto il comportamento dei futuri micromotori. Descritto nel loro articolo "Unravelling the Operational Mechanisms of Chemically Propelled Motors with Micropumps, " pubblicato questo settembre in Conti di ricerca chimica , riportano la chimica di superficie, potenziale zeta e rugosità superficiale come fattori importanti nel controllo della direzione e della forza del movimento di diversi tipi di micromotori.

L'autore principale, la dott.ssa María José Esplandiu, spiega come questi risultati siano importanti non solo per sfruttare il pieno potenziale delle tecnologie micro e nanomotorie, ma anche alla comprensione della natura:"Come molti organismi viventi, è noto che i micromotori mostrano un comportamento collettivo, nel senso che lavorano insieme in coordinamento, risparmiando energia e svolgendo compiti in modo più efficiente." Oche che volano in formazione a V, intelligenza dello sciame nelle formiche e nelle api, e le risposte cellulari alle infezioni o alle lesioni rispondono tutte a questo principio, operanti nei cosiddetti sistemi di materia attiva.

Finora, questi sistemi sono poco compresi da un punto di vista scientifico. Le micromacchine artificiali possono potenzialmente far luce:"Caratterizzando e isolando quali parametri si traducono in quale effetto meccanico a livello del singolo micromotore, possiamo prevedere e controllare il comportamento di un lotto di micromotori e metterli sulla traiettoria di un particolare comportamento collettivo. Questo può offrire approfondimenti su questi processi negli organismi viventi".

Nella loro carta, il team adotta un approccio combinato sperimentale e teorico all'analisi di due tipi di pompe:bimetalliche, e metallo e semiconduttori, che presentano dati inequivocabili sui meccanismi operativi di questi motori a propulsione chimica.