I ricercatori hanno identificato le forze molecolari deboli che tengono insieme un minuscolo, scatola autoassemblante con potenti possibilità. Lo studio dimostra un'applicazione pratica di una forza comune nei sistemi biologici e fa avanzare la ricerca della vita chimica artificiale.

"Voglio capire i sistemi di autoassemblaggio, che sono essenziali per la vita. Costruire cubi artificiali autoassemblanti ci aiuta a capire come funzionano i sistemi biologici, " ha detto il professor Shuichi Hiraoka, capo del laboratorio presso la Graduate School of Arts and Sciences dell'Università di Tokyo dove sono state progettate le scatole, costruito, e analizzato.

La formazione di DNA e proteine ​​sono esempi biologici di autoassemblaggio, ma anche le forze oi processi che controllano il modo in cui queste molecole naturali si uniscono rimangono indefiniti. Le indagini del team di Hiraoka contribuiscono alla comprensione chimica di come le molecole naturali potrebbero autoassemblarsi e rivelare tecniche per imitare tali processi in futuro.

Hiraoka e il suo team hanno identificato le forze che tengono insieme i lati delle loro minuscole scatole come forze di van der Waals, principalmente forze di dispersione. Queste forze sono deboli attrazioni tra le molecole create quando gli elettroni si raggruppano temporaneamente su un lato di un atomo. I gechi possono arrampicarsi sui muri in parte a causa delle forze di van der Waals.

Ogni lato del cubo è formato da una molecola di 2 nanometri di diametro e ha la forma di un fiocco di neve a sei punte. Ogni lato è circa un quattromillesimo delle dimensioni di un globulo umano. Le forze deboli che tengono insieme i lati del cubo rendono la scatola leggermente flessibile, quindi si adatta per accogliere al meglio le molecole ospiti in base alle loro dimensioni, forma, e carica atomica. La scatola può gonfiarsi per contenere contenuti grandi o lunghi e contrarsi per eliminare lo spazio extra quando si ospitano molecole ospiti con cariche negative.

"Non abbiamo ancora i dati, ma la conclusione logica è che lunghe molecole ospiti simili a catene in qualche modo si piegano per entrare nella scatola, " disse Hiraoka.

I ricercatori costruiscono la minuscola scatola con molecole di esafenilbenzene. Le singole molecole esistono come un secco, polvere bianca. Quando mescolato con acqua, le molecole si autoassemblano spontaneamente in cubetti.

"In soluzione, le sei molecole si uniscono così rapidamente che non possiamo osservare come formano i cubi. L'esatto processo di autoassemblaggio rimane un mistero, " disse Hiraoka.

Un cubo che può autoassemblarsi in acqua ha il potenziale per future applicazioni biologiche. Il cubo di esafenilbenzene tiene insieme anche al di sopra della temperatura di ebollizione dell'acqua, rimanendo stabile fino a 130 gradi Celsius (266 gradi Fahrenheit).

I sei punti delle molecole di esafenilbenzene a forma di fiocco di neve si uniscono quando si assemblano in un cubo. I ricercatori descrivono il design di questa scatola molecolare come simile alla tecnica giapponese di giunzione del legno chiamata hozo , dove i pezzi di legno sono tenuti insieme senza adesivi o cerniere, utilizzando solo intricati disegni ad incastro.

Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .