Metti due grandi, tronchi robusti in un letto di torrente, e aiuteranno a guidare l'acqua in una direzione particolare. Ma immagina se l'acqua iniziasse a imitare la rigidità dei tronchi oltre a scorrere lungo di essi. Questo è essenzialmente ciò che accade in un metodo di assemblaggio diretto sviluppato da Marilyn Minus, un assistente professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale della Northeastern.

Al posto dei registri, Minus utilizza minuscoli nanotubi di carbonio e la sua "acqua" può essere praticamente qualsiasi tipo di soluzione polimerica. Finora, ha usato l'approccio per sviluppare un materiale composito polimerico che è più forte del Kevlar ma molto meno costoso e più leggero. In quel caso, il polimero non solo segue la direzione dei log di nanotubi, ma imita anche le loro proprietà uniche e forti.

Con il finanziamento di un nuovo premio CARRIERA della National Science Foundation, Minus sta ora espandendo questo lavoro per incorporare più classi di polimeri:materiali ritardanti di fiamma e molecole biologiche.

"Con i ritardanti di fiamma, vogliamo che il polimero ad alta temperatura e il nanotubo interagiscano, non si comportano necessariamente come i nanotubi, "Meno ha detto. In sostanza, vuole che i due materiali "comuniscano" facendo passare calore tra loro, aumentando così la soglia di temperatura dei ritardanti di fiamma e permettendo loro di durare ancora più a lungo. "Il nanomateriale può catturare quel calore e condurlo via, e sostanzialmente evita che il polimero si bruci troppo rapidamente, " ha spiegato. "Il polimero che stiamo utilizzando può già resistere a temperature piuttosto elevate; lo stiamo solo spingendo ancora oltre".

Nel caso del collagene, la prima molecola biologica a cui Minus ha applicato il suo metodo, Minus spera che l'approccio consentirà ai nanotubi di conferire la loro rigidità al sistema. Dentro il corpo, le molecole di collagene si organizzano in una matrice complessa che sostiene la struttura di ognuna delle nostre cellule. Ma fuori dal corpo, i ricercatori hanno dovuto affrontare grandi sfide nel tentativo di ricreare in modo affidabile questa matrice.

Se gli scienziati potessero far funzionare il collagene all'esterno del corpo nello stesso modo in cui funziona all'interno, potrebbe fornire una piattaforma preziosa per testare i farmaci, capire come funzionano i tessuti, e anche facendo luce sulle origini di una varietà di malattie, Meno ha detto.

Sulla base delle sue ricerche precedenti, ha scoperto che la chiave del successo nell'adottare questo approccio è far corrispondere le dimensioni e la geometria delle nanoparticelle di carbonio che utilizza a quelle del polimero in questione. Ad esempio, le molecole di collagene sono lunghe circa 300 nanometri e 1,5 nanometri di diametro, quindi vorrà trovare un nanotubo che soddisfi grosso modo quelle dimensioni. Vorrà anche usare i nanotubi per questa applicazione piuttosto che le altre forme di carbonio che ha a sua disposizione:grafene, grafite, fullereni, o anche piccole particelle di nanocarbonio, ognuna delle quali offre una struttura unica.

"Stiamo cercando di cambiare l'entropia del sistema per far sì che i polimeri si organizzino attorno ai nanomateriali, "Meno ha detto. "Allora dovresti essere in grado di ottenere questo effetto."