I ricercatori hanno progettato due tipi di mattoncini di dimensioni nanometriche che possono connettersi automaticamente in cubi e rimescolarsi in singoli componenti in base alla temperatura del loro ambiente. Questo risultato è un altro passo verso sistemi chimici che imitano più realisticamente la vita.

"Immagina di mescolare due liquidi insieme, come inchiostro e acqua. Faranno automaticamente il semplice processo chimico di dispersione fino a quando non saranno perfettamente miscelati, ", ha affermato il professor Shuichi Hiraoka del Dipartimento di Scienze di base dell'Università di Tokyo.

"Però, non esiste un processo chimico per separare automaticamente l'acqua dall'inchiostro:è necessario far bollire l'acqua in un gas per separarla dall'inchiostro, " Ha aggiunto.

I nuovi elementi costitutivi progettati dal team di Hiroka possono connettersi o rimescolarsi automaticamente a causa delle diverse stabilità di temperatura dei cubi che formano.

I due tipi di elementi costitutivi sono quasi identici e hanno la forma di fiocchi di neve. I ricercatori li colorano di rosso o blu nei diagrammi schematici. Un cubo assemblato da blocchi rossi è stabile sotto i 130 gradi Celsius (266 gradi Fahrenheit), mentre un cubo assemblato da blocchi blu è stabile solo sotto i 65 gradi Celsius (149 gradi Fahrenheit).

Quando tenuto in disparte, gli elementi costitutivi si connettono in cubi uniformi interamente rossi o interamente blu.

Quando i due tipi di cubetti vengono mescolati insieme a temperatura ambiente (25 gradi Celsius, 77 gradi Fahrenheit), i mattoni rossi e blu si ricombinano automaticamente nel tipo più stabile di cubi, che sono fatti di qualsiasi combinazione di tre blocchi rossi e tre blu. Questa miscela di cubetti rosso-blu è analoga a inchiostro e acqua ben miscelati.

Quando i ricercatori vogliono mescolare i cubi rosso-blu per riformare cubi interamente rossi e interamente blu, fanno un semplice cambio di temperatura in due fasi. Questa capacità rappresenta un risultato chimico non possibile con una miscela di inchiostro e acqua.

Primo, scaldano la miscela fino all'ebollizione (100 gradi Celsius, 212 gradi Fahrenheit). I cubi blu diventano instabili e galleggiano come singole molecole, mentre i mattoni rossi si ricombinano in cubi interamente rossi.

Quindi, ricercatori raffreddano rapidamente la miscela (0 gradi Celsius, 32 gradi Fahrenheit) in modo che i cubi rossi rimangano insieme mentre i mattoncini blu si assemblano automaticamente in cubi interamente blu.

I ricercatori possono anche impedire a una miscela di cubi interamente rossi e interamente blu di mescolarsi ai cubi miscelati rosso-blu più stabili riempiendo i cubi con qualcosa, per esempio altre molecole come gli idrocarburi. Le molecole ospiti bloccano efficacemente i cubi chiusi dall'interno in modo che i mattoni non possano arrampicarsi in altri, combinazioni di cubi più stabili.

"Nel futuro, abbiamo in programma di sviluppare un sistema chimico ancora più complicato basato su cubi molecolari, utilizzando l'esclusiva capacità di autoassemblaggio e una varietà di fonti di energia oltre al semplice calore, " disse Hiraoka.