I fisici hanno sviluppato un "modello pianeta-satellite" per collegare e disporre con precisione le nanoparticelle in strutture tridimensionali. Ispirato ai fotosistemi di piante e alghe, questi nanoassemblaggi artificiali potrebbero in futuro servire per raccogliere e convertire energia.
Se le nanoparticelle degli scienziati fossero un milione di volte più grandi, il laboratorio sembrerebbe una stanza di arti e mestieri nel periodo natalizio:oro, sfere lucide argentate e colorate di diverse dimensioni e filamenti di varie lunghezze. Perché al centro del "modello di pianeta-satellite" su scala nanometrica c'è una particella d'oro che è orbitata da altre nanoparticelle fatte di argento, seleniuro di cadmio o coloranti organici.
Come per magia, Filamenti di DNA progettati in modo intelligente collegano i satelliti con il pianeta centrale in modo molto preciso. La tecnica alla base di questo, chiamato "origami del DNA", è una specialità del professore di fisica Tim Liedl (LMU Monaco) e del suo team. Insieme al gruppo del professor Jochen Feldmann (anche LMU Monaco) hanno introdotto e analizzato questo nuovo schema di assemblaggio. Entrambi i gruppi fanno parte del cluster di eccellenza Nanosistemi Initiative Munich (NIM).
Grande o piccolo, vicino o lontano
Una caratteristica distintiva del nuovo metodo è il sistema di assemblaggio modulare che consente agli scienziati di modificare tutti gli aspetti della struttura molto facilmente e in modo controllato:la dimensione della nanoparticella centrale, i tipi e le dimensioni dei "satelliti" e la distanza tra pianeta e particella satellitare. L'approccio consente inoltre ai fisici di adattare e ottimizzare il proprio sistema per altri scopi.
Sistemi fotonici
metalli, semiconduttori o molecole organiche fluorescenti fungono da satelliti. Così, come le molecole antenna nei fotosistemi naturali, tali elementi satellite potrebbero in futuro essere organizzati per raccogliere energia luminosa e trasferirla a un centro di reazione catalitica dove viene convertita in un'altra forma di energia. Per ora, però, il modello consente agli scienziati di studiare gli effetti fisici di base come il cosiddetto processo di spegnimento, che si riferisce alla variazione dell'intensità di fluorescenza di una molecola di colorante in funzione della distanza dalla nanoparticella d'oro centrale.
"Il principio di assemblaggio modulare e l'elevata resa che abbiamo ottenuto nella produzione dei sistemi pianeta-satellite sono stati i fattori cruciali per studiare in modo affidabile questo noto effetto con i nuovi metodi, " spiega Robert Schreiber, autore principale dello studio.
Un cosmo completamente nuovo
Inoltre, gli scienziati sono riusciti a unire le singole unità pianeta-satellite in schiere più grandi, pur mantenendo la libertà combinatoria. Per di qua, potrebbe essere possibile sviluppare nanosistemi tridimensionali complessi e funzionali, che potrebbero essere utilizzati come piattaforme di spettroscopia Raman, come imbuti di energia plasmonica o come materiali nanoporosi per applicazioni catalitiche.
