Utilizzando solo la carica elettrostatica, le microparticelle comuni possono organizzarsi spontaneamente in materiali cristallini altamente ordinati, l’equivalente di sale da tavola o di opali, secondo un nuovo studio condotto dai chimici della New York University e pubblicato su Nature.
“La nostra ricerca fa luce sui processi di autoassemblaggio che potrebbero essere utilizzati per produrre nuovi materiali funzionali”, ha dichiarato Stefano Sacanna, professore associato di chimica alla New York University e autore senior dello studio.
L’utilizzo della carica elettrostatica sulle particelle
L’autoassemblaggio è un processo in cui minuscole particelle si riconoscono e si legano in un modo predeterminato. Queste particelle si uniscono e si assemblano in qualcosa di utile spontaneamente, dopo un evento scatenante o un cambiamento delle condizioni.
Un approccio alla programmazione di particelle da assemblare in un modo particolare consiste nel ricoprirle con filamenti di DNA; il codice genetico istruisce le particelle su come e dove legarsi tra loro. Tuttavia, poiché questo approccio richiede una notevole quantità di DNA, può essere costoso ed è limitato alla realizzazione di campioni molto piccoli.
Nel loro studio su Nature, i ricercatori hanno adottato un approccio diverso all’autoassemblaggio usando un metodo molto più semplice. Invece di usare il DNA, hanno usato la carica elettrostatica. Il processo è simile a quello che succede quando si mescola il sale in una pentola d’acqua, ha spiegato Sacanna. Quando il sale viene aggiunto all’acqua, i minuscoli cristalli si dissolvono in ioni di cloro caricati negativamente e ioni di sodio caricati positivamente. Quando l’acqua evapora, le particelle caricate positivamente e negativamente si ricombinano in cristalli di sale.
“Invece di usare ioni atomici come quelli presenti nel sale, abbiamo usato particelle colloidali, che sono migliaia di volte più grandi. Quando mescoliamo insieme le particelle colloidali nelle giuste condizioni, si comportano come ioni atomici e si autoassemblano in cristalli”, ha detto Sacanna .
Il processo consente di produrre grandi quantità di materiali. “Usando la carica superficiale naturale delle particelle, siamo riusciti a evitare di fare qualsiasi tipo di chimica superficiale normalmente richiesta per un assemblaggio così elaborato, permettendoci di creare facilmente grandi volumi di cristalli”, ha affermato Theodore Hueckel, ricercatore post dottorato presso la New York University e primo autore dello studio .