Un team di scienziati guidato da Eugenia Kumacheva del Dipartimento di Chimica dell'Università di Toronto ha scoperto un modo per prevedere l'organizzazione delle nanoparticelle in forme più grandi trattandole come insiemi di molecole formati da reazioni chimiche standard.

"Attualmente, non esiste un modello che descriva l'organizzazione delle nanoparticelle, " afferma Kumacheva. "Il nostro lavoro apre la strada alla previsione delle proprietà degli insiemi di nanoparticelle e allo sviluppo di nuove regole di progettazione per tali strutture".

L'attenzione della nanoscienza si sta gradualmente spostando dalla sintesi delle singole nanoparticelle alla loro organizzazione in strutture più grandi. Al fine di utilizzare insiemi di nanoparticelle in dispositivi funzionali come dispositivi di archiviazione di memoria o guide d'onda ottiche, è importante ottenere il controllo della loro struttura.

Secondo le osservazioni dei ricercatori, l'auto-organizzazione delle nanoparticelle è una strategia efficiente per produrre nanostrutture con complessi, architetture gerarchiche. "L'ultimo decennio ha visto grandi progressi nella nanoscienza - in particolare l'autoassemblaggio delle nanoparticelle - ma la previsione quantitativa dell'architettura degli insiemi di nanoparticelle e della cinetica della loro formazione rimane una sfida, " continua. "Segnaliamo la notevole somiglianza tra l'autoassemblaggio di nanoparticelle metalliche e le reazioni chimiche che portano alla formazione di molecole polimeriche. Le nanoparticelle agiscono come singole unità multifunzionali, che formano reversibile, legami non covalenti ad angoli di legame specifici e si organizzano in un polimero altamente ordinato."

"Abbiamo sviluppato un nuovo approccio che consente una previsione quantitativa dell'architettura lineare, ramificato, e nanostrutture cicliche autoassemblate, i loro numeri di aggregazione e distribuzione delle dimensioni, e la formazione di isomeri strutturali."

Kumacheva è stata affiancata nella ricerca dai borsisti post-dottorato Kun Liu, Nana Zhao e Wei Li, e l'ex dottorando Zhihong Nie, insieme al professor Michael Rubinstein dell'Università della Carolina del Nord. Come chimici dei polimeri, il team ha dato uno sguardo non convenzionale all'organizzazione delle nanoparticelle.

"Li abbiamo trattati come molecole, non particelle, che in un processo simile a una reazione di polimerizzazione, organizzarsi in assemblaggi simili a polimeri, " dice Kumacheva. "Utilizzando questa analogia, abbiamo usato la teoria della polimerizzazione e previsto l'architettura delle cosiddette "molecole" e ne abbiamo trovate anche altre, caratteristiche inaspettate che possono trovare applicazioni interessanti."