Sapere Scienza

Sapere Scienza

Verso i nanomateriali del futuro grazie al confronto tra nodi nanometrici

29 Gennaio 2019

Per la prima volta un gruppo di ricercatori è riuscito a confrontare le caratteristiche di nano-nodi realizzati su catene molecolari di lunghezza diversa. Una scoperta che apre la strada alla nascita di una nuova generazione di materiali più leggeri, resistenti e flessibili.

 

Cosa sono i nano-nodi?

 

Lo sanno bene scalatori e marinai: quando si parla di nodi, lunghezza, tensione e tenuta sono fattori in grado di fare la differenza in modo significativo. E lo sanno altrettanto bene i chimici, che spesso hanno a che fare con intrecci simili ma molto più piccoli. Siamo su scala molecolare. Se però è semplice confrontare e valutare nodi diversi nel mondo macroscopico, quando le dimensioni diventano nanometriche le cose si fanno molto più complicate.
Una soluzione è stata trovata grazie al lavoro di un gruppo di ricerca delle università di Bologna e di Manchester che, per la prima volta, è riuscito a paragonare le caratteristiche di nano-nodi realizzati su catene molecolari di lunghezza diversa. I risultati dello studio sono stati pubblicati su PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
La formazione di nodi o di intrecci a livello molecolare è un fenomeno comune in natura e si può osservare in biomolecole come le proteine o il DNA. È proprio prendendo spunto da queste strutture naturali che, negli ultimi anni, gli scienziati sono riusciti a sviluppare strategie per realizzare nano-nodi artificiali, intrecciando molecole ottenute per sintesi chimica e congiungendo le loro estremità. "Questi nodi molecolari presentano un'architettura che mostra diverse analogie con i nodi macroscopici", spiega il professor Matteo Calvaresi, che ha coordinato il gruppo di ricerca dell'Università di Bologna. "Ma se nella vita quotidiana è abbastanza facile rendersi conto di come la differente lunghezza di un nodo può influenzare la sua tenuta e le sue proprietà macrosopiche, quando si tratta di nano-nodi fare le stesse valutazioni non è così immediato". Questo perché - fino ad oggi - non era possibile confrontare tra loro, a livello molecolare, nodi di diverse dimensioni, lunghezza e tenuta.

 

banner articoli sapere4

 

Il confronto

 

Con questa nuova ricerca, gli scienziati sono riusciti ad annodare allo stesso modo tre catene molecolari di tre lunghezze diverse: 20, 23 e 26 nanometri. Sono così nati tre nodi con la stessa forma ma legati su fili molecolari di dimensioni differenti, che gli studiosi hanno potuto mettere a confronto, evidenziandone le diverse caratteristiche. "Confrontando questi tre nano-nodi - ha affermato Calvaresi - abbiamo scoperto come la struttura, la dinamica e la reattività delle catene molecolari annodate variano sensibilmente in funzione della lunghezza e quindi della rigidità del nodo. L'esempio più evidente, in questo senso, è che i tre nodi, quando sottoposti a stress, presentano tre diversi punti di rottura".

 

Progettazione di materiali molecolari annodati

 

I ricercatori hanno, quindi, ottenuto dei modelli capaci di spiegare come la dimensione dei nano-nodi riesca a influenzare la loro tenuta e le loro proprietà chimico-fisiche: la diversa tensione degli intrecci e il diverso scorrimento del filo molecolare determina le differenti caratteristiche delle tre molecole. Un risultato che può rivelarsi particolarmente rilevante per l'ideazione di nuovi nanomateriali. "Questo lavoro - ha confermato Matteo Calvaresi - è di fondamentale importanza per la progettazione di materiali molecolari annodati: la scoperta delle proprietà che regolano i nano-nodi permetterà in futuro di intrecciare molecole in maniera tale da generare on demand una nuova generazione di materiali più leggeri, resistenti e flessibili".

 

Indaghiamo ancora le proprietà della materia nell'articolo di Sébastien Balibar, "L'enigma della supersolidità". Acquistatelo e leggetelo singolarmente o scaricando il numero di febbraio 2016 di Sapere.

copertina   maggio-giugno 2019

  COMPRA IL NUMERO

 
  ABBONATI

 
  SOMMARIO

 
  EDITORIALE

bannerCnrXSapere 0

iscriviti copia

clark

Questo sito utilizza cookie, anche di terze parti, per migliorare la tua esperienza di navigazione. Se vuoi saperne di più consulta l'informativa estesa. Cliccando su ok acconsenti all'uso dei cookie.