In un nuovo documento, Thomas Russell e il borsista Ganhua Xie, presso l'Università del Massachusetts Amherst e il Lawrence Berkeley National Laboratory, riferiscono di aver utilizzato le forze capillari per sviluppare un metodo semplice per produrre goccioline appese autoassemblanti di una soluzione polimerica acquosa dalla superficie di una seconda soluzione polimerica acquosa in matrici ben ordinate.

"Queste goccioline sospese hanno potenziali applicazioni in microreattori funzionali, micromotori e microrobot biomimetici, " spiegano. I microreattori assistono le reazioni chimiche in spazi estremamente piccoli, inferiori a 1 millimetro, e le microsonde aiutano l'ingegneria e la produzione di nuovi farmaci. Entrambi consentono ai ricercatori di controllare da vicino la velocità di reazione, diffusione ed elaborazione selettiva, Per esempio. La diffusione selettiva si riferisce al modo in cui le membrane cellulari decidono quali molecole far entrare o tenere fuori.

Russell e colleghi affermano che le funzioni nel loro nuovo sistema possono essere dirette con microparticelle magnetiche per raggiungere questo obiettivo. Essi "controllano la locomozione delle goccioline, e, per la natura delle assemblee, possono trasportare selettivamente sostanze chimiche da una gocciolina all'altra o essere utilizzati come recipienti di reazione incapsulati, dove le reazioni si basano sul contatto diretto con l'aria, "Spiega Russel.

Per questo lavoro, lui e Xie hanno collaborato con altri della Hong Kong University, Università di tecnologia chimica di Pechino e Università di Tohoku, Giappone. I dettagli sono in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

La loro tecnica si basa su proprietà naturali, Russel spiega, in particolare la tensione superficiale, il fenomeno che consente alle creature che camminano sull'acqua e ai robot creati dall'uomo che le imitano di evitare di affondare. I ricercatori lo usano per legare goccioline più pesanti, che altrimenti affonderebbe, alle interfacce. Questo aiuta a costruire insiemi bidimensionali di goccioline strutturalmente complesse che hanno sacche in cui è possibile isolare le reazioni bersaglio.

hanno fatto questo, Russel dice, appendendo una gocciolina racchiusa in coacervato di una soluzione acquosa di destrano più densa dalla superficie di un altro, soluzione acquosa di polietilenglicole (PEG). Nel loro lavoro precedente, Xie, Russell e colleghi hanno usato queste stesse due soluzioni acquose polimeriche, PEG-più-acqua e destrano-più-acqua, che possono essere combinati ma non mescolati. Questo crea un "classico esempio di coacervazione" che forma due domini separati come la non miscelazione di cera e acqua in una lampada di lava, Russel spiega.

Dice che fino ad ora, i sistemi sintetici nei laboratori sono stati limitati a molte meno reazioni rispetto ai sistemi naturali nel corpo, che può effettuare molte reazioni rapide e seriali. Imitare più da vicino la natura è stato per anni un obiettivo importante, Aggiunge.

Il nuovo lavoro rappresenta un importante passo avanti, Russel dice, perché "usiamo un delicato equilibrio tra un'energia superficiale e la gravità per appendere le sacche alla superficie del liquido, come larve di insetti, e le sacche sospese sono a diretto contatto con l'aria attraverso l'apertura nella parte superiore. Il contatto diretto con l'aria consente all'utente di introdurre gas, come l'ossigeno, per una reazione».

Per immaginare il nuovo meccanismo, lui spiega, aiuta sapere che i policationi sono materiali con più di una carica positiva e i polianioni hanno più di una carica negativa. "Pensa al sacco, l'interno è un polianione e l'esterno è un polianione. Ciò significa che gli anioni possono fluire ma non i cationi e i cationi possono fluire ma non gli anioni. Questa diffusione selettiva ci permette di fare reazioni all'interno della sacca che alimenta una seconda reazione all'esterno della sacca e viceversa. Così, possiamo produrre schemi di reazione a cascata, simile a quello che si trova all'interno del tuo corpo o di altri sistemi biologici."