Un team di ricercatori di scienza e ingegneria dei polimeri presso l'Università del Massachusetts Amherst ha dimostrato per la prima volta che le posizioni di minuscoli, piatto, gli oggetti solidi integrati in membrane nanometricamente sottili, simili a quelli delle cellule biologiche, possono essere controllati variando meccanicamente le forze elastiche nella membrana stessa. Questa pietra miliare della ricerca è un passo significativo verso l'obiettivo di creare materiali flessibili ultrasottili che si auto-organizzano e rispondono immediatamente alla forza meccanica.

Il team ha scoperto che le piastre solide rigide nelle membrane dei fluidi biomimetici sperimentano interazioni qualitativamente diverse da quelle dei componenti biologici nelle membrane cellulari. Nelle membrane cellulari, i domini fluidi o i virus aderenti sperimentano attrazioni o repulsioni, ma non entrambi, dice Weiyue Xin, autore principale del documento che dettaglia la ricerca, che di recente è apparso in Progressi scientifici . Ma per posizionare con precisione oggetti solidi in una membrana, devono essere disponibili forze attrattive e repulsive, aggiunge Maria Santore, un professore di scienza e ingegneria dei polimeri presso UMass. Nel Laboratorio Santore di UMass, Xin usava vescicole unilamellari giganti, o GUV, che sono sacchi di membrana simili a cellule, sondare le interazioni tra oggetti solidi in un sottile, materiale laminare. Come le cellule biologiche, I GUV hanno membrane fluide e formano una forma quasi sferica. Xin ha modificato i GUV in modo che le membrane includessero minuscoli, solido, masse piastriformi rigide. Il gruppo, una collaborazione tra il laboratorio Santore e il gruppo di teoria Grason nel dipartimento di scienza e ingegneria dei polimeri di UMass, è il primo a dimostrare che modificando la curvatura e la tensione della membrana, le masse piastriformi potrebbero essere fatte per attrarsi e respingersi a vicenda. Ciò ha permesso ai ricercatori di controllare le posizioni delle piastre all'interno della membrana.

La tensione della membrana può essere regolata meccanicamente, utilizzando una micropipetta per gonfiare o sgonfiare il GUV, o fisicamente, per osmosi. In entrambi i casi, quando la membrana è tesa, le piastre piane si attraggono progressivamente, formando prevedibile, disposizioni ripetibili. Al contrario, diminuendo la tensione, le piastre si allontanano. In entrambi i casi il movimento e il posizionamento delle placche è prevedibile e controllabile.

Questa capacità di dirigere il posizionamento delle piastre in una membrana è un passo da gigante verso l'ingegneria di un materiale che è sensibile agli stimoli e può auto-organizzarsi in modi controllabili e riconfigurabili. "La nostra ricerca ha applicazioni nella nanotecnologia e in altri ambiti in cui è desiderabile disporre di soluzioni sofisticate, dispositivi flessibili in grado di rispondere al loro ambiente, " dice Xin. Un'applicazione nel mondo reale della ricerca del team include flessibilità, ultra sottile, e riconfigurabile, elettronica indossabile.