Le potenziali applicazioni per superfici in carbonio su misura sono ampie e includono rivestimenti protettivi, ricambi auto, rivestimenti biomedici e biosensori. Tuttavia, affinché questi sviluppi si realizzino, è ancora necessaria una conoscenza dettagliata a livello atomico su come sono strutturate le superfici di carbonio e su come possono essere modificate.

Grazie allo sviluppo di un nuovo modello computazionale, Il ricercatore post-dottorato Miguel Caro sta guidando il lavoro in questo campo dei ricercatori dell'Università di Aalto, che lavorano in collaborazione con il professor Gábor Csányi e il dottor Volker Deringer dell'Università di Cambridge.

"Per la prima volta, possiamo identificare le proprietà chimiche delle superfici in carbonio e capire meglio come possiamo prepararle per scopi specifici, " spiega il professor Tomi Laurila dell'Università di Aalto.

L'ambiente locale di ogni atomo nei carboni amorfi, chiamati anche carboni simili al diamante, è leggermente diverso. Ciò significa che il numero di atomi vicini, così come le distanze e gli angoli tra di loro, varia, una grande sfida nella ricerca della personalizzazione di queste superfici.

Il nuovo modello computazionale ha finalmente permesso ai ricercatori di identificare un'ampia varietà di ambienti atomici locali e di classificarli in base alle loro proprietà. Il team di ricerca ha anche calcolato i vari gradi di forza con cui i diversi gruppi, idrogeno, alcool (idrossile), e ossigeno - si attaccheranno ai siti di superficie. Alcuni legami sono, naturalmente, più forte di altri. Poiché è possibile incorporare nuove informazioni sulle strutture di superficie per "riqualificare" e migliorare il modello, le proprietà di superfici ancora sconosciute possono essere previste sulla base dei risultati precedenti.

"Attraverso i calcoli, ora possiamo non solo esplorare come appaiono le superfici dei materiali a livello atomico, ma anche vedere come interagiscono con altre sostanze in analisi, oltre a comprendere i tipi di gruppi chimici formati su queste superfici a causa di questa interazione. Stiamo anche studiando quali tipi di superfici sono necessarie per ottimizzare l'interazione con le molecole che vorremmo essere in grado di rilevare, come il perossido di idrogeno, " spiega Laurila.

In altre parole, questi modelli di simulazione basati sulla teoria del funzionale della densità e sull'apprendimento automatico ci dicono quali tipi di strutture possono essere sviluppate e come tali strutture possono essere ottimizzate per applicazioni specifiche.

"In futuro saremo in grado di produrre superfici in carbonio su misura, Per esempio, per sensori medici, che potrebbe essere utilizzato per monitorare la concentrazione di un particolare farmaco nel sangue di un paziente in tempo reale. Il monitoraggio dei cambiamenti in specifici biomarcatori nei pazienti può essere la chiave per migliorare i trattamenti terapeutici attualmente utilizzati, o aiutaci a identificare il rischio di epidemie di molte malattie comuni prima che mai, "dice Laurila.

Lo studio è stato pubblicato oggi in Chimica dei materiali.