I ricercatori hanno sviluppato una tecnica in base alla quale possono incapsulare spontaneamente microscopiche goccioline di emulsione di acqua e olio in una minuscola sfera fatta di cristalli di sale, una specie di minuscolo pallone da calcio origami autocostruito riempito di liquido. Il processo, che stanno chiamando "origami capillare di cristallo", potrebbe essere utilizzato in una vasta gamma di campi, dalla somministrazione di farmaci più precisa ai dispositivi medici su scala nanometrica. La tecnica è descritta in un articolo apparso sulla rivista Nanoscale il 21 settembre.

L'azione capillare, o "capillarità", sarà familiare alla maggior parte delle persone come il modo in cui l'acqua o altri liquidi possono risalire tubi stretti o altri materiali porosi apparentemente in contrasto con la gravità (ad esempio all'interno dei sistemi vascolari delle piante, o anche più semplicemente , la stesura della vernice tra i peli di un pennello). Questo effetto è dovuto alle forze di coesione (la tendenza delle molecole di un liquido ad aderire), che si traduce in tensione superficiale e adesione (la loro tendenza ad aderire alla superficie di altre sostanze). La forza della capillarità dipende dalla chimica del liquido, dalla chimica del materiale poroso e dalle altre forze che agiscono su entrambi. Ad esempio, un liquido con una tensione superficiale inferiore rispetto all'acqua non sarebbe in grado di trattenere un insetto strider d'acqua.

Meno noto è un fenomeno correlato, l'elasto-capillarità, che sfrutta il rapporto tra capillarità ed elasticità di una minuscola lastra piana di un materiale solido. In determinate circostanze, le forze capillari possono vincere la resistenza elastica alla flessione della lastra.

Questa relazione può essere sfruttata per creare "origami capillari" o strutture tridimensionali. Quando una goccia di liquido viene posta sulla lastra piana, quest'ultima può incapsulare spontaneamente la prima a causa della tensione superficiale. Gli origami capillari possono assumere altre forme, tra cui increspature, deformazioni o autopieghevoli in altre forme. La forma geometrica specifica che la struttura dell'origami capillare 3D finisce per assumere è determinata sia dalla chimica della lastra piana e da quella del liquido, sia dalla progettazione accurata della forma e delle dimensioni della lastra.

C'è un grosso problema con questi piccoli dispositivi, tuttavia. "Queste strutture origami autoassemblanti convenzionali non possono essere completamente sferiche e avranno sempre confini discontinui, o ciò che potresti chiamare 'bordi', come risultato della forma bidimensionale originale del foglio", ha affermato Kwangseok Park, un ricercatore capo sul progetto. Ha aggiunto:"Questi bordi potrebbero rivelarsi futuri difetti con il potenziale di fallimento di fronte a un aumento dello stress". È anche noto che le particelle non sferiche sono più svantaggiose delle particelle sferiche in termini di assorbimento cellulare.

Il professor Hyoungsoo Kim del Dipartimento di ingegneria meccanica ha spiegato:"Questo è il motivo per cui i ricercatori sono stati a lungo alla ricerca di sostanze che potrebbero produrre una struttura di origami capillare completamente sferica".

Gli autori dello studio hanno dimostrato per la prima volta una tale sfera di origami. Hanno mostrato come invece di un foglio piatto, la crescita di cristalli di sale può svolgere un'azione capillare di origami in modo simile. Quello che chiamano 'origami capillare di cristallo' costruisce spontaneamente una capsula liscia a guscio sferico da questi stessi effetti di tensione superficiale, ma ora l'incapsulamento spontaneo di un liquido è determinato dalle condizioni elasto-capillari dei cristalli in crescita.

Qui, il termine "sale" si riferisce a un composto di uno ione caricato positivamente e un altro caricato negativamente. Il sale da cucina, o cloruro di sodio, è solo un esempio di sale. I ricercatori hanno utilizzato altri quattro sali:propionato di calcio, salicilato di sodio, nitrato di calcio tetraidrato e bicarbonato di sodio per avvolgere un'emulsione acqua-olio. Normalmente, un sale come il cloruro di sodio ha una struttura cristallina cubica, ma questi quattro sali formano invece strutture simili a piastre come cristalliti o "grani" (la forma microscopica che si forma quando un cristallo inizia a crescere per la prima volta). Queste piastre poi si autoassemblano in sfere perfette.

Utilizzando la microscopia elettronica a scansione e l'analisi della diffrazione dei raggi X, hanno studiato il meccanismo di tale formazione e hanno concluso che era la "pressione di Laplace" a spingere le lastre di cristalliti a coprire la superficie dell'emulsione. La pressione di Laplace descrive la differenza di pressione tra l'interno e l'esterno di una superficie curva causata dalla tensione superficiale all'interfaccia tra le due sostanze, in questo caso tra l'acqua salata e l'olio.

I ricercatori sperano che queste nanostrutture autoassemblanti possano essere utilizzate per applicazioni di incapsulamento in una vasta gamma di settori, dall'industria alimentare e cosmetica alla somministrazione di farmaci e persino piccoli dispositivi medici. + Esplora ulteriormente

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