L'illustrazione mostra come le goccioline con diversi filamenti di DNA si combinano prima in catene, che sono poi programmate per piegarsi in geometrie specifiche, analogamente al ripiegamento delle proteine. Il tappeto evidenzia un percorso di piegatura di una catena di esameri che si piega in un politetraedro. Lo zoom mostra come la formazione di doppie eliche del DNA guidi il legame tra goccioline e goccioline. Credito:Kaitlynn Snyder
Un team di fisici ha creato un nuovo modo di autoassemblare le particelle, un progresso che offre nuove promesse per la costruzione di materiali complessi e innovativi a livello microscopico.
L'autoassemblaggio, introdotto all'inizio degli anni 2000, offre agli scienziati un mezzo per "preprogrammare" le particelle, consentendo la costruzione di materiali senza ulteriore intervento umano, l'equivalente microscopico dei mobili Ikea che possono assemblarsi da soli.
La svolta, riportata sulla rivista Nature , è incentrato sulle emulsioni, goccioline di olio immerse nell'acqua, e sul loro utilizzo nell'autoassemblaggio dei foldamer, che sono forme uniche che possono essere previste teoricamente dalla sequenza delle interazioni delle goccioline.
Il processo di autoassemblaggio prende in prestito dal campo della biologia, imitando il ripiegamento delle proteine e dell'RNA usando i colloidi. Nella Natura lavoro, i ricercatori hanno creato minuscole goccioline a base di olio nell'acqua, in possesso di una serie di sequenze di DNA che servivano da "istruzioni" di assemblaggio. Queste goccioline prima si assemblano in catene flessibili e poi in sequenza collassano, o si piegano, tramite molecole di DNA appiccicose. Questa piegatura produce una dozzina di tipi di piegatrici e un'ulteriore specificità potrebbe codificare più della metà delle 600 possibili forme geometriche.
Le immagini al microscopio mostrano una catena di goccioline blu e gialle alternate che si piegano in una geometria a corona attraverso interazioni blu-blu, blu-giallo e infine giallo-giallo, mediate da filamenti di DNA appiccicosi. Le goccioline microscopiche sono programmate per interagire tramite filamenti di DNA appiccicosi per piegarsi in modo univoco in forme ben definite, come mostrato qui. Credito:Brujic Lab
"Essere in grado di preprogrammare architetture colloidali ci dà i mezzi per creare materiali con proprietà intricate e innovative", spiega Jasna Brujic, professore presso il Dipartimento di Fisica della New York University e uno dei ricercatori. "Il nostro lavoro mostra come centinaia di geometrie autoassemblate possono essere create in modo unico, offrendo nuove possibilità per la creazione della prossima generazione di materiali."
La ricerca includeva anche Angus McMullen, un borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica della New York University, nonché Maitane Muñoz Basagoiti e Zorana Zeravcic di ESPCI Paris.
Gli scienziati sottolineano l'aspetto controintuitivo e pionieristico del metodo:anziché richiedere un gran numero di elementi costitutivi per codificare forme precise, la sua tecnica di piegatura significa che solo pochi sono necessari perché ogni blocco può adottare una varietà di forme.
"A differenza di un puzzle, in cui ogni pezzo è diverso, il nostro processo utilizza solo due tipi di particelle, il che riduce notevolmente la varietà di elementi costitutivi necessari per codificare una forma particolare", spiega Brujic. "L'innovazione consiste nell'utilizzare la piegatura simile a quella delle proteine, ma su una scala di lunghezza 1.000 volte più grande, circa un decimo della larghezza di una ciocca di capelli. Queste particelle prima si legano insieme per formare una catena, che poi si piega secondo alle interazioni preprogrammate che guidano la catena attraverso percorsi complessi in una geometria unica."
"La capacità di ottenere un lessico di forme apre la strada a un ulteriore assemblaggio in materiali su scala più ampia, proprio come le proteine si aggregano gerarchicamente per costruire compartimenti cellulari in biologia", aggiunge. + Esplora ulteriormente
