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I ricercatori dell'Università di Tel Aviv hanno scoperto, per la prima volta, una serie di proprietà fisiche esistenti nelle reti di microfibra polimerica, tra cui la "memoria di forma". Queste scoperte aprono le porte a una gamma di applicazioni tecnologiche e biologiche, dall'ingegneria dei tessuti alla robotica.
Lo studio è stato condotto dal dottor Amit Sitt e dal dottorando Shiran Ziv Sharabani della Raymond and Beverly Sackler School of Chemistry e dal Roman Abramovich Center for Nanoscience and Nanotechnology. È stato pubblicato in Materiali funzionali avanzati .
Il Dr. Sitt spiega che "Nello studio, abbiamo creato reti di microfibra polimerica bidimensionale che subiscono cambiamenti di forma indotti dalla temperatura. Abbiamo scoperto per la prima volta che tali reti sparse reattive mostrano proprietà di memoria di forma, una proprietà particolarmente sorprendente che non eravamo aspettandosi considerando la loro scarsità. Le reti, composte da fibre polimeriche termosensibili, sono controllate dalle proprietà fisiche di ciascuna fibra. Quando queste condizioni vengono modificate, le reti tendono a dimostrare uno dei due percorsi di comportamento durante il raffreddamento:in un percorso, il le fibre rimangono diritte e la rete mantiene la sua morfologia ordinata, e nell'altro percorso le fibre si piegano e la rete si aggroviglia proprio come gli spaghetti.Il bello è che entrambi questi percorsi comportamentali dimostrano memoria di forma e, una volta riscaldata, la rete riprende il suo originale morfologia ordinata Questo principio, che è dimostrato su vari tipi di reti, offre un nuovo modo di controllare alterazioni nella forma dei materiali; e apparentemente anche piccoli cambiamenti nella struttura delle fibre si traducono in un drammatico cambiamento nel comportamento microscopico delle reti."
Le reti bidimensionali che sono state sviluppate e prodotte nel laboratorio del Dr. Sitt sono basate su un polimero chiamato PNIPAAm e sono fabbricate in un processo noto come "Dry Spinning". In questo processo, le fibre vengono estratte dalla soluzione polimerica liquida, nel corso della quale si induriscono e solidificano rapidamente, mentre la rapida evaporazione del solvente lascia il polimero come una fibra sottile. Questo metodo consente la creazione di fibre con uno spessore di un centesimo di larghezza di un capello e la loro disposizione spaziale in modo ordinato, proprio come la stampa tridimensionale, ma in scale molto più piccole.
Il Dr. Sitt aggiunge che "uno dei modi principali in cui i sistemi biologici formano movimenti e generano forze è lo sfruttamento di reti gerarchiche attive costituite da sottili microfilamenti, che possono cambiare forma e dimensione in base a stimoli esterni. Tali reti esistono a livello di singola cellula e prendono parte a una serie di processi cellulari e fisici. Ad esempio, i muscoli del corpo umano sono basati su reti di fibre proteiche, che si contraggono e si rilassano in seguito alla stimolazione neurale. Pur utilizzando un meccanismo significativamente diverso, i nostri sistemi puramente sintetici imitano questo comportamento e ora possiamo modificare la loro risposta, aprendo la strada alla progettazione del comportamento di morphing del materiale con una risoluzione su microscala."
Il Dr. Sitt e il suo team hanno spiegato i loro interessanti risultati utilizzando un semplice modello computazionale. Il dottorando Shiran Ziv Sharabani spiega che il loro "modello teorico si basa su una comprensione di base dei sistemi a molla, che sono sistemi classici e familiari. Siamo stati in grado di descrivere i due percorsi comportamentali che abbiamo osservato in laboratorio utilizzando due parametri del sistema a molla , e questo modello ci ha aiutato a mostrare inequivocabilmente che le proprietà microscopiche di una rete sono strettamente correlate a una serie di fattori geometrici, principalmente il diametro della fibra ma anche la densità dell'intera rete."
"Per quanto riguarda le applicazioni delle reti polimeriche", aggiunge il dottor Sitt, "si può librarsi nei regni della fantascienza, ma a livello pratico e nel prossimo futuro, stiamo pianificando di utilizzare le reti per realizzare tessuti e tridimensionali strutture che cambieranno forma a livello di risoluzione micron, in un modo che sarà effettivamente programmato nella struttura del materiale stesso.Allo stesso tempo, stiamo lavorando sull'uso di reti di morphing per sviluppare minuscoli muscoli artificiali che essere in grado di cambiare la messa a fuoco di lenti morbide, separare nanoparticelle e microparticelle e manipolare minuscole tenaglie per eseguire una biopsia delle singole cellule."
Ziv Sharabani conclude, affermando che "usando le intuizioni della nostra ricerca, si può analizzare e dedurre quale cassetta degli attrezzi è necessaria per tali sviluppi. Lo studio, che ha richiesto più di tre anni, ha incluso la partecipazione del Prof. Eli Flaxer dell'Afeka Engineering Academic College a Tel Aviv, studenti, ricercatori e uno studente delle superiori. Non c'è dubbio che le conoscenze che abbiamo acquisito nel corso della ricerca sono innovative e hanno un potenziale tecnologico abbondante". + Esplora ulteriormente
