Il gruppo di Daniela Kraft è riuscito a creare una rete di microparticelle resistente e completamente flessibile. Può sembrare semplice, eppure sono i primi al mondo a riuscirci. Il risultato rappresenta una vera svolta nella fisica della materia soffice. Lo studio è pubblicato in Physical Review Letters .
Dottorato di ricerca il candidato Julio Melio studia reti microscopiche e flessibili e non è un lavoro facile. In natura tali microreti si trovano nei gel, nei polimeri o nel citoscheletro delle cellule del nostro corpo. "Questi materiali sono flessibili grazie ai cosiddetti modi morbidi, stati flessibili", spiega Melio.
"Non sappiamo davvero come la temperatura influenzi questi stati. È troppo complicato studiarlo nei sistemi biologici, quindi abbiamo creato una rete di sfere microscopiche, colloidi, in laboratorio. Il sistema più semplice è un reticolo quadrato. Che può deformarsi in una forma simile a un diamante, ad esempio."
Il ricercatore acquista colloidi di silice e dà loro un rivestimento di lipidi. Quindi crea un collegamento DNA per collegare le sfere. "Utilizziamo due tipi di filamenti di DNA che possono attaccarsi l'uno all'altro e posizionarli sui colloidi. Questi possono poi legarsi tra loro, ma non con un altro colloide della stessa specie. La particolarità di questi collegamenti del DNA è che le particelle collegate possono muoversi l'uno rispetto all'altro. Quindi la rete è flessibile."
Successivamente inizia il difficile lavoro di inserire le perle nella struttura desiderata. È una vera sfida, spiega Melio. "Prendi un colloide con le cosiddette pinzette ottiche, un laser, e lo metti in contatto con un secondo. È così che costruisci il reticolo uno per uno." Tuttavia, il sistema è estremamente sensibile, quindi con il minimo cambiamento delle circostanze si ottengono sfere qualitativamente pessime che si attaccano insieme. "E poi il sistema perde la sua flessibilità", dice Melio.
La prima volta ci è voluto il dottorato. candidato quasi tre quarti di anno per realizzare una griglia perfettamente quadrata di cinque per cinque colloidi. "Adesso, fortunatamente, posso farlo molto più velocemente", dice. Ciò rende il gruppo Kraft il primo al mondo a costruire una grande microstruttura in modo così controllato senza perdere flessibilità.
I ricercatori hanno già acquisito nuove conoscenze che aiutano a comprendere meglio le modalità soft nelle microreti. Più grande è il reticolo, più è probabile che si trovi nello stato quadrato piuttosto che in quello del diamante. Anche le strutture più grandi si tagliano meglio:si deformano più facilmente sotto la forza di taglio rispetto alle varianti più piccole.
Ciò è interessante per lo sviluppo di nuovi metamateriali, in cui le proprietà dipendono dalla struttura. Ad esempio, come risponde alla pressione o come può ripiegarsi. Ma Melio spera soprattutto di poter trovare un modo per controllare da remoto la deformazione della microrete.
"Allora avremmo effettivamente le basi per un microrobot. Questi vengono utilizzati, ad esempio, in applicazioni biomediche, come le operazioni. Naturalmente, non sono ancora così lontano. Ora sto sperimentando come rendere magnetici i colloidi per vedere se in questo modo possono essere controllati dall'esterno. Sarebbe davvero bello se potessi riuscirci prima di finire il mio dottorato," dice Melio.
Ulteriori informazioni: Julio Melio et al, Modalità normali morbide e rigide in reticoli quadrati colloidali floppy, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.078202
Fornito dall'Università di Leiden
