Scienziati dei materiali, guidato da un team del Pacific Northwest National Laboratory del Department of Energy, ha progettato un minuscolo tubo che si arrotola e si chiude con la cerniera.

Questi nanotubi cavi sono migliaia di volte più piccoli di una ciocca di capelli umani e potrebbero aiutare con la filtrazione dell'acqua, ingegneria dei tessuti e molte altre applicazioni.

I tubi sono stati ispirati da strutture proteiche chiamate microtubuli che risiedono nelle cellule, secondo Chun-Long Chen del PNNL.

"La struttura della cellula è così bella, " disse Chen, un chimico dei materiali che ha ideato e diretto il progetto. "Volevamo creare un sistema sintetico che imitasse la struttura dei microtubuli ed fosse sufficientemente stabile per una varietà di applicazioni tecniche".

Chen, i suoi colleghi del PNNL e i loro collaboratori hanno pubblicato i loro risultati questa settimana in Comunicazioni sulla natura .

Imitando i microtubuli

I microtubuli sono minuscoli tubi cavi che aiutano a mantenere il DNA organizzato durante la divisione cellulare e formano autostrade per trasportare il contenuto nella cellula.

Queste strade cellulari sono composte da lunghe catene di proteine ​​che si uniscono in un rigido, ma vuoto, tubo. I microtubuli hanno una struttura uniforme ma dinamica, e ispirano scienziati come Chen.

Il gruppo di Chen spera di utilizzare minuscoli tubi cavi come i microtubuli per creare un robusto sistema di filtrazione dell'acqua che catturi il sale o altre molecole all'interno e lasci fuoriuscire l'acqua pura dall'altra parte. Inoltre, vogliono monitorare come le cellule staminali si adattano a diversi ambienti studiando come le cellule cambiano mentre crescono su questi tubi.

Ma i ricercatori non possono utilizzare i microtubuli stessi per questi progetti. I microtubuli possono essere rigidi e reattivi, ma sono anche suscettibili agli sbalzi di temperatura e ai microbi.

Per esempio, "se vogliamo usare i microtubuli per la filtrazione dell'acqua, non vuoi avere un filtro che può essere mangiato dai batteri, " disse Chen.

Quindi il team ha iniziato a creare una versione sintetica dei microtubuli utilizzando molecole simili a proteine ​​chiamate peptoidi. Come le proteine, i peptoidi sono composti da uno schema ripetuto di elementi costitutivi con lievi variazioni, ma i peptoidi sono più stabili.

Questi nuovi nanotubi si formano in un modo unico. Primo, piccole particelle peptoidi si uniscono per formare un foglio. Quindi il foglio si chiude a un'estremità e si arrotola in un tubo senza saldatura.

Nano toolkit

Per caratterizzare i nanotubi, gli scienziati hanno usato una varietà di tecniche, tra cui alcuni presso l'Advanced Light Source e la Molecular Foundry, due DOE Office of Science User Facilities presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.

Chen e il suo team hanno scoperto che questi nanotubi sono altamente personalizzabili. Il gruppo potrebbe controllare le dimensioni di un tubo, diametro, spessore e rigidità regolando la composizione del tubo o modificando l'acidità della soluzione.

Per testare la rigidità dei nanotubi, Il team di Chen ha fatto pressione sui singoli nanotubi e ha misurato come hanno cambiato forma. I tubi hanno una rigidità che si colloca tra il tessuto biologico e le sostanze più dure come vetro e mica, quale, disse Chen, è ottimo per i tipi di esperimenti che spera di fare.

Ma Chen non vuole fermarsi qui. Per lui, l'obiettivo è creare qualcosa che imiti la natura nella struttura e nella funzione.

"La natura ci ha offerto tutti i tipi di bellissimi esempi, " ha detto. "I pesci possono prendere l'acqua dal mare senza doversi preoccupare delle condizioni di alta salinità. Se potessimo imitare questo comportamento costruendo membrane cellulari artificiali contenenti questi nanotubi, potremmo risolvere alcuni dei grandi problemi che il nostro mondo deve affrontare oggi".