I materiali che si autoassemblano e si autodistruggono una volta terminato il loro lavoro sono molto vantaggiosi per una serie di applicazioni, come componenti in sistemi di archiviazione dati temporanei o per dispositivi medici. Per esempio, tali materiali potrebbero sigillare i vasi sanguigni durante l'intervento chirurgico e riaprirli successivamente. Dott. Andrea Walther, capogruppo di ricerca presso DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials ad Aquisgrana, sviluppato un sistema acquoso che utilizza un unico punto di partenza per indurre la formazione di autoassemblaggio, la cui stabilità è pre-programmata con una vita prima che lo smontaggio avvenga senza alcun segnale esterno aggiuntivo, presentando quindi un meccanismo di autoregolazione artificiale in condizioni chiuse. I loro risultati sono pubblicati come articolo di copertina di questa settimana in Nano lettere .

I principi di ispirazione biologica per la sintesi di materiali complessi sono uno dei principali interessi di ricerca di Andreas Walther. Per consentire la preparazione di piccolissimi, oggetti elaborati, la nanotecnologia utilizza l'autoassemblaggio. Generalmente, in autoassemblaggi artificiali, le interazioni molecolari guidano minuscoli mattoni ad aggregarsi in architetture 3D fino a raggiungere l'equilibrio. Però, la natura fa un passo avanti e impedisce a certi processi di raggiungere l'equilibrio. Il montaggio compete con lo smontaggio, e si verifica l'autoregolamentazione. Per esempio, microtubuli, componenti del citoscheletro, crescere continuamente, rimpicciolire e riordinare. Una volta esaurito il loro combustibile biologico, si smonteranno.

Ciò ha motivato Andreas Walther e il suo team a sviluppare una soluzione acquosa, sistema chiuso, in cui il preciso equilibrio tra reazione di assemblaggio e attivazione programmata della reazione di degradazione controlla la durata dei materiali. Una singola iniezione iniziale avvia l'intero processo, che distingue questo nuovo approccio dagli attuali sistemi responsive che richiedono sempre un secondo segnale per attivare lo smontaggio.

L'approccio utilizza i cambiamenti di pH per controllare il processo. Gli scienziati premono il pulsante di avvio aggiungendo una base e un disattivatore dormiente. Questo prima aumenta rapidamente il pH e gli elementi costitutivi - copolimeri a blocchi, nanoparticelle o peptidi, quindi si assemblano in una struttura tridimensionale. Allo stesso tempo, il cambiamento di pH stimola il disattivatore dormiente. Il dottorando Thomas Heuser spiega:"Il disattivatore dormiente si attiva lentamente e attiva un interruttore di spegnimento. Ma ci vuole un po' di tempo prima che l'interruttore di spegnimento dispieghi il suo pieno potenziale. A seconda della struttura molecolare del disattivatore, questo può essere minuti, ore o un giorno intero. Fino ad allora, le nanostrutture autoassemblate rimangono stabili."

Attualmente viene utilizzata una reazione idrolitica per attivare il disattivatore dormiente. Però, Andreas Walther e il suo team stanno già lavorando a versioni più sofisticate, che includono una reazione enzimatica per avviare lentamente il meccanismo di autodistruzione.