Un team di scienziati dell'Università del Vermont ha inventato un nuovo strumento—lo chiamano "nanogabbia"—che può catturare e raddrizzare grovigli di polimeri delle dimensioni di una molecola.

Una volta che un nodoso filamento polimerico, fatto di proteine ​​o di plastica, viene aperto "allora possiamo attivare solo i polimeri che vogliamo, lasciando il resto da solo, " dice il chimico UVM Severin Schneebeli che ha guidato la nuova ricerca. Questo strumento, che funziona un po' come tirare un batuffolo di filo attraverso un foro di un ago, "apre un nuovo modo di creare materiali personalizzati che non sono mai stati realizzati prima, ", afferma. Questi potrebbero includere rivestimenti per pillole su scala nanometrica che avvolgono singole molecole di medicinali o nuovi prodotti industriali assemblati da filamenti di plastica disposti con precisione su scala atomica.

Lo strumento, composto da bordi molecolari con speciali legami idrogeno che "dirigono la forma" e migliaia di volte più piccoli di una capocchia di spillo, può selezionare filamenti più corti di un polimero, lasciando indietro quelli più lunghi, dimostrando che la nanogabbia può essere utilizzata per trovare selettivamente particolari dimensioni di molecole in una zuppa di materiale. "È selettivo e non è mai stato fatto prima, " dice Schneebeli. Questa ricerca è la prima volta che la scienza è stata in grado di distinguere e attivare catene polimeriche di diverse dimensioni in un laboratorio, aprendo la porta a nuove possibilità per la chimica di precisione.

La nuova ricerca è stata pubblicata nell'edizione di giugno della rivista chimica .

La natura lo sa

Le capacità della nanogabbia sono nuove per la scienza, ma non per la natura. Per miliardi di anni, la vita ha evoluto modi per selezionare solo il frammento di una proteina o di un altro nodo biologico che vuole sciogliere e attivare, ciò che gli scienziati chiamano "funzionalizzare". Ma le persone hanno avuto difficoltà a fare la stessa cosa. "Nonostante molti esempi in biologia, " scrivono gli scienziati UVM, "La modifica efficiente e selettiva dei polimeri artificiali è ancora difficile".

Che si tratti di alterare i filamenti biologici, come il DNA, o materiali industriali, come la plastica, il nuovo strumento a forma di tetraedro promette di consentire agli scienziati di fare ciò che la natura già fa bene. "Ci sono voluti anni di duro lavoro in laboratorio per assemblare questo tetraedro prima di poterlo testare, "dice Mona Sharafi, l'autore principale del nuovo studio, e ricercatore post-dottorato presso l'Università del Vermont che è venuto negli Stati Uniti dall'Iran. "È interamente creato dall'uomo", dice, "ma ispirato dalla natura."

Polimeri potenti

La parola polimero deriva da una coppia di parole greche che significano "molte parti". E i polimeri sono proprio questo:materiali costituiti da enormi molecole composte da molte parti ripetute. Si trovano in molti prodotti di uso quotidiano. Alcuni sono naturali, come gomma e gommalacca. Molti sono sintetici, e sono usati per produrre gran parte del materiale nella vita di tutti i giorni, dalle borse della spesa ai pannolini, abbigliamento alle condutture dell'acqua. I polimeri possono essere trovati in ordinate lunghe stringhe a livello molecolare, oppure possono essere legati in nodi orribili come un miliardo di fili di micro-spaghetti

La natura ha avuto eoni per capire come sintetizzare queste enormi molecole:biopolimeri, come il DNA e come modificare e attivare parti selezionate. Le persone sono diventate piuttosto brave a produrre nuovi polimeri sintetici, ma non così brave a selezionarli e modificarli. Molti scienziati e ingegneri, lavorando su nuove applicazioni per l'energia rinnovabile (ad es. celle solari di nuova generazione), la medicina di precisione (come la somministrazione di farmaci antitumorali a parti del corpo mirate) e l'elettronica avanzata (compresi i dispositivi flessibili) vorrebbero avere un maggiore controllo ed efficienza lavorando con quelli che il team UVM chiama "polimeri funzionali con topologie complesse". Con il supporto della National Science Foundation e del National Institutes of Health (che ha sostenuto gli studi computazionali, diretto dal chimico UVM Jianing Li), la ricerca sulla nanogabbia fornisce un nuovo strumento per farlo:"sciogliere il nodo, aprendo polimeri che prima sarebbero stati inaccessibili, "dice Mona Sharafi di UVM. "Abbiamo aperto qualcosa di grande".