La nanoscienza può organizzare entità molecolari minuscole in modelli nanometrici in modo ordinato utilizzando protocolli di autoassemblaggio. Gli scienziati dell'Università tecnica di Monaco (TUM) hanno funzionalizzato un semplice blocco costitutivo a forma di bastoncino con acidi idrossamici a entrambe le estremità. Formano reti molecolari che non solo mostrano la complessità e la bellezza dell'autoassemblaggio monocomponente sulle superfici; presentano anche proprietà eccezionali.

La progettazione di componenti per l'autoassemblaggio molecolare richiede funzionalità che "si intersecano". Per esempio, la nostra informazione genetica è codificata in due filamenti di DNA, zippati insieme in una struttura a doppia elica a "scala a chiocciola" in un processo di autoassemblaggio che è stabilizzato dal legame a idrogeno.

Ispirati dalle "cerniere" della natura, i ricercatori dell'Università tecnica di Monaco mirano a costruire nanostrutture funzionali per spingere i confini delle strutture create dall'uomo.

Elementi costitutivi per nanostrutture complesse

Scienziati dell'Università tecnica di Monaco di Baviera, diversi nella disciplina, nazionalità e genere, hanno unito le forze per esplorare una nuova funzionalità nelle architetture bidimensionali:un gruppo chimico chiamato acido idrossamico.

Alla Cattedra di Proteomica e Bioanalitica è stato preparato un mattone concettualmente semplice:una molecola a forma di bastoncino con un gruppo di acido idrossamico a ciascuna estremità. Questo blocco costitutivo è stato poi trasferito alla cattedra di fisica delle superfici e delle interfacce, dove il suo assemblaggio è stato ispezionato su superfici d'argento e d'oro atomicamente planari.

Una rete nanoporosa

Una combinazione di strumenti avanzati di microscopia, la spettroscopia e le indagini sulla teoria del funzionale della densità hanno scoperto che il blocco di costruzione molecolare adatta in qualche modo la sua forma nell'ambiente della superficie di supporto e delle molecole vicine. Ciò offre un'insolita varietà di motivi superficiali supramolecolari:da due a sei molecole tenute insieme da interazioni intermolecolari.

Solo una manciata di questi motivi si auto-organizzano in cristalli 2-D. Tra loro, è emersa una rete senza pari, i cui motivi evocano immagini di limoni a fette, fiocchi di neve o rosette. Sono dotati di tre pori di diverse dimensioni in grado di trattenere comodamente singole piccole molecole di gas come il monossido di carbonio nel più piccolo, o piccole proteine ​​come l'insulina nel più grande.

"A questo proposito, è una pietra miliare nelle tassellazioni ottenute dalle nanostrutture molecolari e nel numero di diversi pori espressi nelle reti cristalline 2-D, "dice il dottor Anthoula Papageorgiou, ultimo autore della pubblicazione. "Offre così opportunità uniche nella nano-modellazione bottom-up, che approfondiremo».

Nanogabbie con una svolta

Come le nostre mani sinistra e destra, la forma di due strutture a gabbia specchiata non è sovrapponibile. Dal 19° secolo, gli accademici hanno caratterizzato questo tipo di simmetria degli oggetti come "chirale, ' dal greco antico che significa 'mano.' Questi tipi di molecole si trovano frequentemente nei composti naturali. La chiralità influenza le interazioni della luce polarizzata e le proprietà magnetiche e svolge un ruolo vitale nella vita.

Per esempio, i nostri recettori olfattivi reagiscono in modo molto diverso alle due immagini speculari della molecola di limonene:una odora di limone, l'altro come pino. Questo cosiddetto riconoscimento chirale è un processo che può determinare se una molecola agisce come medicinale o veleno.

Le pareti interne delle gabbie di nanostrutture ottenute offrono siti che possono dirigere le molecole ospiti. I ricercatori hanno osservato un tale processo in alcuni dei pori più grandi, dove tre delle stesse molecole si sono assemblate come un oggetto chirale. A temperatura ambiente, questo oggetto è in movimento, come una ballerina carillon, portando a un'immagine sfocata.

Nel loro lavoro futuro, il team spera di guidare questo tipo di fenomeni per il riconoscimento chirale e le nanomacchine artificiali.