I ricercatori dell'Università di Toronto hanno tratto ispirazione dall'apparato fotosintetico nelle piante per progettare una nuova generazione di nanomateriali che controllano e dirigono l'energia assorbita dalla luce.
I loro risultati sono riportati in un prossimo numero di Nanotecnologia della natura, che uscirà il 10 luglio, 2011.
I ricercatori dell'Università di T, guidato dai professori Shana Kelley e Ted Sargent, riportano la costruzione di quelle che chiamano "molecole artificiali".
"Per molti anni i nanotecnologi sono stati affascinati dai punti quantici, particelle di semiconduttore in grado di assorbire ed emettere luce in modo efficiente, e a lunghezze d'onda personalizzate, " ha spiegato il co-autore Kelley, un professore presso la Facoltà di Farmacia Leslie Dan, il Dipartimento di Biochimica della Facoltà di Medicina, e il Dipartimento di Chimica della Facoltà di Lettere e Scienze. "Quello che è mancato alla comunità - fino ad ora - è una strategia per costruire strutture di ordine superiore, o complessi, da più diversi tipi di punti quantici. Questa scoperta colma questa lacuna".
Il team ha unito la sua esperienza nel DNA e nei semiconduttori per inventare una strategia generalizzata per legare tra loro determinate classi di nanoparticelle.
"Il merito di questo straordinario risultato va in realtà al DNA:il suo alto grado di specificità - la sua disponibilità a legarsi solo a una sequenza complementare - ci ha permesso di costruire, strutture di design in nanomateriali, "disse Sargent, un Professore nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica di Edward S. Rogers Sr. presso l'Università di Toronto, che è anche il Canada Research Chair in Nanotechnology. "La cosa sorprendente è che le nostre antenne si sono costruite da sole:abbiamo rivestito diverse classi di nanoparticelle con sequenze selezionate di DNA, riunite le diverse famiglie in un unico bicchiere, e la natura ha fatto il suo corso. Il risultato è un bellissimo nuovo set di materiali autoassemblati con proprietà entusiasmanti".
Le antenne tradizionali aumentano la quantità di un'onda elettromagnetica – come una radiofrequenza – che viene assorbita, e poi convogliare quell'energia in un circuito. Le nanoantenne U di T invece hanno aumentato la quantità di luce che viene assorbita e l'hanno incanalata in un singolo sito all'interno dei loro complessi simili a molecole. Questo concetto è già utilizzato in natura nelle antenne di raccolta della luce, costituenti delle foglie che rendono efficiente la fotosintesi. "Come le antenne delle radio e dei cellulari, i nostri complessi hanno catturato l'energia dispersa e l'hanno concentrata nella posizione desiderata. Come le antenne che raccolgono la luce nelle foglie di un albero, i nostri complessi lo fanno usando lunghezze d'onda trovate nella luce solare, " ha spiegato Sargent.
"I professori Kelley e Sargent hanno inventato una nuova classe di materiali con proprietà completamente nuove. Le loro intuizioni e ricerche innovative dimostrano perché l'Università di Toronto è leader nel campo della nanotecnologia, " ha detto il professor Henry Mann, Preside della Facoltà di Farmacia Leslie Dan.
"Questo è un lavoro eccezionale che dimostra la nostra crescente capacità di assemblare strutture precise, per adattare le loro proprietà, e sviluppare la capacità di controllare queste proprietà usando stimoli esterni, " ha osservato Paul S. Weiss, Fred Kavli Chair in NanoSystems Sciences presso l'UCLA e Direttore del California NanoSystems Institute.
Kelley ha spiegato che il concetto pubblicato nel documento Nature Nanotechnology di oggi è ampio e va oltre le sole antenne luminose.
"Ciò che questo lavoro mostra è che la nostra capacità di manipolare i materiali su scala nanometrica è limitata solo dall'immaginazione umana. Se i punti quantici dei semiconduttori sono atomi artificiali, poi abbiamo sintetizzato razionalmente molecole artificiali da questi versatili elementi costitutivi".
