Cosa rende le particelle autoassemblanti in strutture biologiche complesse? Spesso, questo fenomeno è dovuto alla competizione tra forze di attrazione e repulsione, prodotta da cariche elettriche in varie sezioni delle particelle. In natura, questi fenomeni si verificano spesso in particelle sospese in un mezzo, chiamate particelle colloidali, come proteine, DNA e RNA. Per facilitare l'autoassemblaggio, è possibile "decorare" vari siti sulla superficie di tali particelle con cariche diverse, chiamate patch.
In un nuovo studio pubblicato su EPJE , i fisici hanno sviluppato un algoritmo per simulare la dinamica molecolare di queste particelle irregolari. I risultati pubblicati da Silvano Ferrari e dai colleghi della TU Vienna e del Center for Computational Materials Science (CMS), Austria, migliorerà la nostra comprensione di ciò che rende possibile l'autoassemblaggio nei sistemi biologici.
In questo studio, gli autori modellano particelle cariche a chiazze, che sono costituiti da un corpo rigido con solo due cerotti carichi, situati ai poli opposti. Quindi sviluppano le equazioni che governano la dinamica di un insieme di tali particelle colloidali a chiazze.
Sulla base di un approccio esistente originariamente sviluppato per le particelle molecolari, la loro simulazione include vincoli aggiuntivi per garantire che le "decorazioni" di carica elettrica siano preservate nel tempo. A questo proposito, sviluppano equazioni per descrivere il moto delle particelle; le soluzioni di queste equazioni descrivono le traiettorie di queste particelle colloidali. Tali simulazioni di dinamica molecolare si prestano ad essere eseguite in parallelo su un numero enorme di particelle.
Con questi riscontri, gli autori integrano le lezioni apprese dalle osservazioni sperimentali di particelle simili recentemente sintetizzate in laboratorio. Recenti esperimenti hanno dimostrato che le particelle colloidali decorate in due siti di interazione mostrano una notevole propensione all'auto-organizzazione in strutture altamente insolite che rimangono stabili in un ampio intervallo di temperatura.
