Nella loro ricerca di molecole con determinate caratteristiche, i chimici hanno prodotto milioni di nuovi, materiali sintetici sempre più complessi alterando le strutture chimiche delle molecole.

Prendendo spunto dalla natura, I ricercatori della Northwestern University hanno recentemente testato un nuovo metodo per ottenere le proprietà molecolari che cercano:modificando la geometria della superficie a cui sono legate le molecole.

"Per anni i chimici hanno creato molecole per risolvere problemi, ognuna più sinteticamente complicata dell'altra, ma non siamo ancora riusciti a raggiungere ciò che la natura può fare con una chimica molto più semplice, '" ha detto Bartosz A. Grzybowski, Kenneth Burgess Professore di ingegneria chimica e biologica e chimica presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern. "La componente più complessa della natura della vita, la proteina, è composto da soli 21 amminoacidi semplici. Questa ricerca esplora l'idea che non è la molecola che hai ad essere importante, è come interagisce con il suo ambiente."

Usando questa idea, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica in cui un singolo tipo di molecola viene posizionato su nanoparticelle con due diverse regioni di curvatura. Sebbene le molecole siano atomicamente identiche, dimostrano proprietà chimiche uniche a seconda della regione di curvatura a cui sono legati.

Un documento che descrive la ricerca, "La curvatura geometrica controlla l'irregolarità chimica e l'autoassemblaggio delle nanoparticelle, " è stato pubblicato il 18 agosto in Nanotecnologia della natura .

I ricercatori hanno iniziato fissando molecole di un acido carbossilico in vari punti su diverse nanoparticelle d'oro, alcuni fino a cinque nanometri di diametro. Ogni nanoparticella possedeva una geometria diversa. Sulle nanoparticelle che presentano una curvatura maggiore, le molecole erano naturalmente distanziate l'una dall'altra; su nanoparticelle con curvatura più graduale, erano più vicini.

Le differenze di curvatura influenzano la distanza tra le molecole, consentendo ai ricercatori di indurre la cosiddetta "irregolarità" su nanoparticelle cilindriche e a forma di manubrio. Essenzialmente, le molecole possono "sentirsi" reciprocamente attraverso interazioni elettrostatiche repulsive e, come gli acidi carbossilici sono depronati, la difficoltà nell'aggiungere più cariche alle nanoparticelle è controllata da quanto sono affollate le molecole. Queste nanoparticelle "a chiazze" possono interagire e autoassemblarsi in modo direzionale, imitando i legami molecolari chimici e, i ricercatori hanno scoperto, alterando quando la carica di queste molecole attaccate cambia.

"Cambiare le proprietà molecolari alterando gli ambienti invece della struttura molecolare potrebbe consentire agli scienziati di ottenere di più con una libreria più piccola di molecole già esistenti, e potrebbe offrire alternative ai processi chimici che spesso richiedono sostanze chimiche tossiche, "ha detto David Walker, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica di McCormick e primo autore dell'articolo.

Il fenomeno della curvatura è specifico della nanoscala, dove viene eseguita la maggior parte della chimica nei sistemi biologici, e inizia a guastarsi per le nanoparticelle di diametro superiore a 10 nanometri, hanno detto i ricercatori. "Le particelle più grandi hanno curvature troppo sottili perché le molecole possano avvertirne l'effetto, in modo simile a come gli umani potrebbero percepire la Terra come piatta, anche se ora sappiamo meglio, " ha detto Walker.

I ricercatori stanno attualmente lavorando per estendere il lavoro ad altre classi di molecole che potrebbero essere utili ai fini della catalisi e dell'energia.