Credito:Patrick Hage
L'autoassemblaggio è l'organizzazione spontanea di blocchi costitutivi in strutture o modelli da uno stato disordinato. Esempi quotidiani includono il congelamento di liquidi o la cristallizzazione di sali. Questi processi di autoassemblaggio si verificano anche in molti sistemi biologici, come il ripiegamento di proteine o la formazione di eliche di DNA, e c'è un crescente interesse nello studio di questi processi di autoassemblaggio. Il ricercatore Patrick Hage ha creato una nuova classe di microparticelle autoassemblanti che rispondono alla temperatura e alla luce, consentendo un controllo preciso sul loro assemblaggio nelle strutture.
Le particelle colloidali, di dimensioni variabili da pochi nanometri a pochi micrometri, sono spesso utilizzate per studiare i processi di autoassemblaggio. A causa delle loro piccole dimensioni, le forze gravitazionali hanno un'influenza minima sul loro movimento. Di conseguenza, queste particelle tendono a muoversi casualmente mentre allo stesso tempo interagiscono tra loro.
"Nonostante le loro piccole dimensioni, queste particelle colloidali possono essere riprese utilizzando tecniche di microscopia convenzionali", osserva Patrick Hage, ex Ph.D. ricercatore e ora postdoc nel gruppo Self-Organizing Soft Matter. "Disporre questi materiali su questa scala di lunghezza può portare a materiali con nuove proprietà meccaniche e ottiche. Un esempio naturale di 'sovrastruttura' colloidale con proprietà ottiche uniche è un opale, che è composto da cristalli di piccole sfere di silice. Controllo sulle sovrastrutture potrebbe portare a nuovi materiali per cristalli fotonici, rivestimenti e sensori."
Importanza del controllo
Per creare materiali colloidali reattivi e riconfigurabili, è molto importante avere il controllo sulle interazioni tra le particelle e la capacità di modulare queste interazioni utilizzando prompt esterni.
Un modo per aiutare a modulare le interazioni è attraverso la funzionalizzazione della superficie, in cui piccoli filamenti di DNA singolo sono attaccati alla superficie delle particelle. Proprio come si trova nel nucleo di una cellula del corpo umano, questi filamenti di DNA si collegano tra loro per formare un'elica del DNA.
"È la formazione di queste eliche di DNA che tiene insieme le particelle", afferma Hage. "Le particelle con DNA sulla loro superficie possono essere modulate utilizzando la temperatura come fattore scatenante. Questo controlla il modo in cui le particelle interagiscono tra loro e porta a strutture complicate come i cristalli colloidali."
Più attivatori
L'obiettivo del dottorato di ricerca di Hage la ricerca consisteva nello sviluppo di un sistema che rispondesse a molteplici fattori scatenanti:luce e temperatura in questo caso. "L'utilizzo di più trigger consente di controllare la crescita delle strutture sia nello spazio che nel tempo."
Hage ha ottenuto questo risultato aggiungendo una molecola sensibile alla luce ai filamenti di DNA responsabili dell'assemblaggio colloidale. Ciò ha comportato interazioni tra particelle che rispondevano contemporaneamente alla luce e alla temperatura. La combinazione di queste particelle con un microscopio a fluorescenza, una camera di riscaldamento e un dispositivo a microspecchio digitale ha consentito la visualizzazione delle particelle fornendo allo stesso tempo un controllo preciso della temperatura e la capacità di applicare la luce con modelli specifici sul campione.
"Ho creato una configurazione che consente l'imaging della formazione di sovrastrutture (ad esempio cristalli) a temperature specifiche, acquisendo la capacità di modificare o rimuovere strutture indesiderate applicando schemi di luce locali", afferma Hage. "Nei processi futuri, questo doppio controllo potrebbe essere utilizzato per realizzare strutture autoassemblanti per una varietà di applicazioni come sensori avanzati o cristalli fotonici per dispositivi fotonici".
Hage ora continuerà il lavoro dal suo dottorato di ricerca. nell'ambito di una posizione post-dottorato di 4 mesi nello stesso gruppo. "Non vedo l'ora di lavorare ulteriormente per ottimizzare ulteriormente il sistema e quindi trasferire le conoscenze ad altri membri del gruppo". + Esplora ulteriormente
