(Phys.org) -- Sebbene sia relativamente semplice costruire una scatola su macroscala, è molto più impegnativo su scale di lunghezza micro e nanometriche più piccole. A quelle dimensioni, le strutture tridimensionali (3-D) sono troppo piccole per essere assemblate da qualsiasi macchina e devono essere guidate per assemblarle da sole. E adesso, ricerca interdisciplinare degli ingegneri della Johns Hopkins University di Baltimora, Md., e matematici alla Brown University di Providence, R.I., ha portato a una svolta che mostra che i poliedri di ordine superiore possono davvero piegarsi e assemblarsi.

"Ciò che è notevole qui non è solo che una struttura si piega da sola, ma che si piega in modo molto preciso, forma tridimensionale, e avviene senza pinzette o intervento umano, "dice David Gracias, un ingegnere chimico e biomolecolare alla Johns Hopkins. "Proprio come la natura assembla di tutto, dalle conchiglie alle pietre preziose dal basso verso l'alto, l'idea dell'autoassemblaggio promette un nuovo modo di produrre oggetti dal basso verso l'alto."

Con il sostegno della National Science Foundation (NSF), Gracias e Govind Menon, un matematico della Brown University, stanno sviluppando micro e nanostrutture 3-D autoassemblanti che possono essere utilizzate in una serie di applicazioni, compresa la medicina.

Il team di Menon alla Brown ha iniziato a progettare queste minuscole strutture 3D appiattendole prima. Hanno lavorato con una serie di forme, come pannelli interconnessi a 12 lati, che può potenzialmente piegarsi in un contenitore a forma di dodecaedro. "Immagina di tagliarlo e appiattire le facce mentre vai avanti, "dice Menon. "È uno sviluppo bidimensionale del poliedro."

E non tutte le forme piatte sono uguali; alcuni si piegano meglio di altri. "I migliori sono quelli più compatti. Ce ne sono 43, 380 modi per piegare un dodecaedro, " nota Menone.

I ricercatori hanno sviluppato un algoritmo per vagliare tutte le possibili scelte, restringendo il campo a poche forme compatte che si piegano facilmente in strutture 3D. Il team di Menon ha inviato quei progetti a Gracias e al suo team di Johns Hopkins che hanno costruito le forme, e convalidato l'ipotesi.

"Depositiamo un materiale tra le facce e i bordi, e poi scaldarli, che crea tensione superficiale e unisce i bordi, fondendo la struttura chiusa, " spiega Gracias. "L'angolo tra i pannelli adiacenti in un dodecaedro è di 116,6 gradi e nel nostro processo, i pannelli pentagonali si allineano con precisione a questi angoli straordinariamente precisi e si sigillano; tutto da solo».

"L'era della miniaturizzazione promette di rivoluzionare le nostre vite. Possiamo realizzare questi poliedri da molti materiali diversi, come metalli, semiconduttori e persino polimeri biodegradabili per una gamma di prodotti ottici, applicazioni elettroniche e di consegna di farmaci, " continua Gracias. "Ad esempio, c'è bisogno in medicina di creare particelle intelligenti che possano colpire tumori specifici, malattia specifica, senza somministrare farmaci al resto del corpo, che limita gli effetti collaterali."

Immagina migliaia di strutture strutturate con precisione, minuscolo, biodegradabile, scatole che corrono attraverso il flusso sanguigno in rotta verso un organo malato. Una volta giunti a destinazione, possono rilasciare medicine con precisione millimetrica. Questa è la visione per il futuro. Per adesso, la preoccupazione più immediata è ottenere il design corretto delle strutture in modo che possano essere prodotte con rese elevate.

"Il nostro processo è compatibile anche con la fabbricazione di circuiti integrati, quindi immaginiamo di poterlo usare per mettere la logica a base di silicio e i chip di memoria sulle facce dei poliedri 3D. La nostra metodologia apre le porte alla creazione di particelle "intelligenti" e multifunzionali realmente tridimensionali su scala sia micro che nanometrica, "dice Gracia.