Piccole sfere semoventi, misurando solo micrometri, si muovono più velocemente su una superficie in silicone idrofobo di quanto non facciano su vetro idrofilo. "Quasi nessuno si era reso conto che il substrato è importante, "dice Stefania Ketzetzi, il ricercatore che ha scoperto l'effetto, l'ho studiato e spiegato. Ne pubblica sulla rivista Lettere di revisione fisica .

"Questa è stata una scoperta accidentale, "dice Ketzetz, uno scienziato del gruppo Daniela Kraft, che ricerca i micronuotatori. Queste sono minuscole sfere colloidali che misurano solo micrometri. Una metà della sfera è ricoperta da un sottile strato di platino.

Piccoli razzi

Quando queste particelle sono sospese in una soluzione di perossido di idrogeno, il platino funge da catalizzatore. Promuove la reazione chimica del perossido di idrogeno in acqua e ossigeno. La formazione di prodotti di reazione su un lato della particella crea un flusso di fluido che spinge la particella come un minuscolo razzo. A causa della loro autopropulsione, sono chiamate particelle "attive". Un giorno, possono essere applicati come parti di motore per micro-robot.

"Mi sono imbattuto nell'effetto substrato mentre lavoravo a un progetto per il quale avevo bisogno di utilizzare vetri rivestiti di polimeri come substrati, " dice Ketzetzi a proposito della pubblicazione in Lettere di revisione fisica . "Quei substrati erano altamente idrofili. Ho notato che gli stessi nuotatori si muovevano molto più lentamente. Perché?" Insieme al capogruppo Kraft, ha deciso di indagare.

Siliconi

I ricercatori hanno verificato sistematicamente se le cariche elettriche dei substrati erano importanti per la velocità, ma questo non ha prodotto un risultato chiaro. Anche la rugosità dei substrati non ha fornito una correlazione. Quindi, hanno deciso di testare substrati con idrofobicità variabile:il polidimetilsilossano idrofobo ('siliconi') rispetto al vetro e al polietilene idrofilo. Si scopre che la scivolosità del substrato fa la differenza per le velocità di propulsione:i minuscoli razzi hanno raggiunto una velocità di 2,8 micrometri al secondo sui siliconi, contro 1 micrometro al secondo sugli altri substrati.

Una misura di idrofobicità è l'angolo di contatto, l'angolo che la superficie di una goccia d'acqua forma con una superficie solida. Su substrati idrofili, le gocce si diffondono ampiamente e l'angolo di contatto è piccolo. Su substrati idrofobici, l'angolo di contatto è maggiore, tipicamente più di 90 gradi. I ricercatori hanno scoperto che per angoli di contatto simili, anche le velocità erano simili, mentre un angolo di contatto più elevato significa anche maggiore velocità.

Una spiegazione è stata trovata con l'aiuto del fisico teorico Joost de Graaf dell'Università di Utrecht. L'angolo di contatto della soluzione sul substrato si riferisce alla scivolosità del substrato. Maggiore è l'angolo di contatto, più il substrato è scivoloso, e quindi più facile per il fluido scorre lungo di esso.

scivolosità

"Si scopre che la scivolosità del substrato fa la differenza per le velocità di propulsione, " dice Ketzetzi. La propulsione proviene da flussi di fluido attorno alla particella. Quando una particella si muove su un substrato, parte di questi flussi scorrerà tra la particella e la superficie. Questo sarà più facile su scivoloso, superfici idrofobiche.

D'altra parte, Ketzetz dice, scorre su superfici idrofile, l'acqua sente più resistenza, quindi i flussi di propulsione hanno più difficoltà a muoversi tra la particella e la superficie. Ciò ostacolerà la propulsione del colloide, che si traduce in nuotatori più lenti su superfici idrofile.

Il prossimo passo, Ketzetz dice, è indagare su come usarlo. Si potrebbe pensare ad applicazioni come lab-on-a-chip, un laboratorio chimico in miniatura, o di somministrazione di farmaci, dove i farmaci sono mirati e consegnati a particolari punti del corpo. Ketzetzi:"Nelle applicazioni i nuotatori dovranno autopromuoversi in ambienti complessi con muri di confinamento e ostacoli. È importante capire l'effetto che questi hanno sul nuotatore. Utilizzando questa nuova conoscenza, possiamo capire e possibilmente controllare il comportamento dei micronuotatori".