Il gruppo di ricerca di Seon-ki Hong, professore presso il Dipartimento di Fisica e Chimica del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), ha sviluppato la tecnologia Progressive Assembly on an Initiator-loaded Template (PAINT) in grado di fabbricare localmente multi- pigmenti organici funzionali nelle aree desiderate copiando i processi naturali di formazione della melanina.
La melanina, un pigmento naturale, può aderire a varie superfici, indipendentemente dal tipo, grazie alle sue elevate proprietà adesive subacquee attribuite a numerosi gruppi funzionali catecoli, simili alle proteine adesive dei mitili. Nuovi materiali organici multifunzionali che copiano queste proprietà uniche sono stati recentemente sviluppati e ampiamente applicati in vari campi.
Tuttavia, durante il processo di creazione di nuovi elementi integrando nuovi materiali organici con vari gruppi di materiali, i ricercatori hanno dovuto affrontare delle sfide quando aree indesiderate si sono ricoperte di materia organica a causa delle proprietà adesive che rappresentano il vantaggio unico di questi nuovi materiali organici.
Per superare queste sfide, i ricercatori hanno utilizzato la fotolitografia per specificare la posizione del rivestimento. Tuttavia, questo metodo presenta degli inconvenienti, come il coinvolgimento di complesse reazioni in più fasi e la necessità di utilizzare apparecchiature costose.
Per risolvere questi problemi, il gruppo di ricerca del professor Hong ha studiato i processi di formazione della melanina naturale e ha scoperto che l'attività catalitica del modello proteico influenza in modo significativo il processo di specificazione della posizione di formazione del modello. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Communications .
Sulla base dei risultati analitici, il team ha condotto un esperimento sulla reazione di sintesi di pigmenti organici che copiano il processo naturale di formazione della melanina. I pigmenti organici sono stati prodotti avviando la reazione di sintesi sulla superficie che è stata inizialmente modificata per avere attività catalitica localizzata.
Il gruppo di ricerca ha confermato che i pigmenti organici non si erano diffusi nelle regioni vicine grazie alle eccellenti proprietà adesive e che aderivano selettivamente e volontariamente solo alle aree iniziate per formare modelli.
I modelli di pigmenti organici formati localmente sulla superficie hanno mostrato ampie caratteristiche di assorbimento ottico nelle regioni spettrali dell'ultravioletto, del visibile e del vicino infrarosso, simili alla melanina naturale. La luce nel vicino infrarosso assorbita è stata convertita spontaneamente in energia termica dal materiale e ha generato calore localizzato. Il team di ricerca ha verificato che questi processi possono essere applicati per indurre la morte selettiva delle cellule sulla superficie o per azionare gli attuatori.
Il Prof. Hong ha dichiarato:"La tecnologia PAINT che abbiamo sviluppato in questa ricerca è una nuova tecnologia in grado di applicare selettivamente materiali con proprietà adesive universali solo alle aree desiderate."
Ha aggiunto:"Prevediamo che la tecnologia PAINT getterà le basi per lo sviluppo di nuovi materiali organici simili alla melanina applicando le caratteristiche della melanina, come eccellente assorbimento ottico, attività di eliminazione delle specie reattive dell'ossigeno e biocompatibilità."
Ulteriori informazioni: Haejin Jeong et al, Fabbricazione specifica del sito di un pigmento simile alla melanina attraverso un assemblaggio progressivo spazialmente confinato su un modello caricato con un iniziatore, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-38622-2
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Istituto di scienza e tecnologia Daegu Gyeongbuk
