In futuro, macchine di dimensioni molecolari potrebbero essere utilizzate per controllare importanti meccanismi nel corpo. In un recente studio, ricercatori dell'Università della California, La Berkeley e l'Università di Umeå mostrano come un nanopalloncino composto da una singola molecola di carbonio diecimila volte più sottile di un capello umano può essere controllato elettrostaticamente per passare da uno stato gonfio a uno collassato.

Gli attuatori a palloncino gonfiabili sono comunemente usati per applicazioni macroscopiche per sollevare edifici, come protezione dagli urti in auto o per allargare arterie o vene ristrette o ostruite. Alla microscala sono usati come micropompe e in natura i ragni saltatori creano cuscini pieni di liquido in microformato per alimentare le loro gambe in salti esplosivi.

interessante, su scala nanometrica, gli attuatori a palloncino sono praticamente sconosciuti. Però, alcuni anni fa i ricercatori della Penn State University hanno proposto teoricamente un attuatore per nanopalloncini a carica controllata basato sul collasso e la reinazione di un nanotubo di carbonio.

Ora, questo è stato realizzato sperimentalmente da Hamid Reza Barzegar e dai suoi colleghi. In uno studio pubblicato sulla rivista di Nano lettere mostrano come un nanotubo di carbonio, che può essere visualizzato come un tubo cilindrico di atomi di carbonio, può essere controllato per trasformare da uno stato collassato a uno gonfiato e viceversa applicando una piccola tensione. La natura priva di difetti dei nanotubi di carbonio implica che un tale attuatore sarebbe in grado di funzionare senza usura o fatica. Ciò è dimostrato anche dai ricercatori che fanno funzionare l'attuatore per diversi cicli senza segni di perdita di prestazioni.

"Il lavoro è concettualmente interessante e fornisce informazioni sulla complessità di come controllare il movimento su scala nanometrica da stimoli esterni", afferma Hamid Reza Barzegar, dottore in Fisica presso l'Università di Umeå, ora lavora alla UC Berkeley nel gruppo di ricerca del professor Alex Zettl. "Dà anche informazioni sulla fisica fondamentale come come l'effetto della capacità e in generale le forze elettrostatiche possono essere utilizzate per controllare la dinamica delle strutture molecolari".

"In una prospettiva più lunga si può anche immaginare come i nostri risultati potrebbero essere utilizzati per il controllo pneumatico a livello molecolare o per la progettazione di contenitori molecolari che possono aprirsi o chiudersi controllando le cariche superficiali delle molecole, regolando ad esempio il pH della soluzione in cui sono disperse le molecole. Ciò potrebbe, ad esempio, essere utile per applicazioni mediche come la somministrazione di medicinali a organi interni o tumori", afferma Thomas Wågberg, professore associato di Fisica presso l'Università di Umeå.

La scoperta delle macchine molecolari è stata insignita del premio Nobel per la chimica di quest'anno. Jean Pierre Sauvage, Fraser Stoddart e Bernard L Feringa hanno ricevuto il premio per aver sviluppato molecole con movimenti controllabili, che può eseguire un compito quando viene aggiunta energia.