Ad Harward si creano i nanofiori

Bellissimi Fiori Microscopici si Autoassemblano Grazie a Reazioni Chimiche

Nei laboratori della Harvard un ricercatore è riuscito a creare le più delicate strutture cristalline mai perfezionate a livello microscopico, usando alcune reazioni chimiche in fluidi che si cristallizzano e auto-assemblano.Queste minuscole sculture fatte a livello microscopico, curve e colorate, non somigliano affatto ai cristalli spigolosi a cui siamo abituati, anche se è proprio quello che sono. Ma a vederli sembrano davvero campi di fiori che crescono sul vetro, assemblandosi molecola dopo molecola.

Il ricercatore Wim L. Noorduin, ha costruito nel laboratorio della Harvard SEAS (School of Engineering and Applied Sciences) questi campi di fiori manipolando attentamente delle reazioni chimiche in condizioni particolari. I dettagli sono pubblicati sulla rivista Sciences, edizione del 17 Maggio 2013. La cosa più straordinaria è l’essere riuscito a condizionare e controllare perfettamente la crescita cristallina. Questi processi potrebbero avere vaste implicazioni tecnologiche future.”Per almeno 200 anni, le persone sono state intrigate dalle complesse forme che troviamo in natura. Questo lavoro aiuta a dimostrare così possibile fare solo attraverso cambiamenti ambientali, chimici.” ha spiegato Noorduin.

   

La precipitazione dei cristalli dipende da una razione dei composti che sono diffusi attraverso una soluzione liquida. I cristalli crescono verso o lontano da certi gradienti chimici che possono riguardare il pH della reazione man mano che questa va avanti ed indietro. Le condizioni della reazione dettano se la struttura somiglia ad un fiore, a petali o a foglie.

Non è insolito per i gradienti chimici influenzare la crescita in natura; per esempio, le delicate strutture delle conchiglie marine, si formano da carbonati di calcio sott’acqua. Oppure nell’embrione umano, gli stessi gradienti di molecole specifiche aiutano il corpo ad assemblarsi. In maniera simile, Howard Berg, biologo della Harvard, ha mostrato che batteri che vivono in colonie vaste, possono sentire e reagire a ondate di ingredienti chimici, l’uno tramite l’altro, e questo li fa crescere come colonia, e prendere forme geometriche molto intricate.

Replicare questo tipo di effetti in laboratorio è dipeso dal riuscire ad identificare le suttili reazioni chimiche alla base di questo processo e provare e riprovare e riprovare e riprovare, per carpire esattamente in che preciso modo e momento, variabili come il pH, la temperatura e l’esposizione all’aria, potevano influenzare le strutture su microscala.

Il progetto è molto interessante per i biologi, come ha fatto notare già Joanna Aizenberg, esperta di biologia e scienze dei materiali, ma anche di biomineralizzazione ed auto-assemblaggio in natura. Lei è l’investigatrice principale di tutto questo lavoro. Aizenberg è una dei maggior ricercatori e professori della Harvard ed è a capo del dipartimento di chimica e chimica biologica, oltre a far parte dell’Istituto Wyss per la Ingegneria Biochimica, della Harvard.
Nel suo più recente lavoro, ha inventato un materiale estremamente scivoloso, ispirato ad una pianta ed in questo senso è stato utile per la sua ricerca successiva, che ha determinato finalmente con precisione come i batteri usano il proprio flagella per attaccarsi alla superficie degli impianti medici.

“Il nostro approccio è studiare sistemi biologici, pensare cosa possono e cosa non possono fare, e poi usare quei approcci per ottimizzare le tecnologie esistenti o crearne delle nuove.” ha spiegato Aizenberg. “La nostra visione realmente è quella di costruire come fanno gli organismi.”

Per creare queste strutture simili a fiori, Noorduin ed i suoi colleghi hanno dissolto del cloruro di bario (un sale) e del silicato di sodio (conosciuto anche come vetro solubile) all’interno di un contenitore di acqua. Il diossido di carbonio è stato aggiunto naturalmente dall’aria per dissoluzione, e questo crea una reazione che fa precipitare cristalli di carbonato di bario. Come effetto secondario, abbassa anche il pH della soluzione che circonda i cristalli, che poi fa partire una reazione con il vetro solubile. Questa seconda reazione aggiunge strati di silicati sulle strutture in crescita, e usa l’acido della soluzione permettendo alla formazione cristallina di carbonato di bario di riprendere e continuare, rifacendo partire il ciclo.

“Puoi davvero collaborare con questo processo di auto-assemblaggio” ha spiegato Noorduin. “La precipitazione avviene spontaneamente, ma se vuoi cambiare qualcosa, puoi manipolare le condizioni della reazione e scolpire le forme mentre crescono.”

Aumentando la concentrazione di anidride carbonica, per esempio, aiuta a creare strutture come foglie larghe. Invertire il pH nel momento giusto può creare strutture curve o piegate.
Noorduin ed i suoi colleghi hanno fatto crescere i cristalli su vetri e metalli; hanno persino fatto crescere dei fiori davanti alla sedia di Lincoln, su una moneta di un centesimo di dollaro.”Quando guardi attraverso un microscopio elettronico, è davvero come fare un tufo in un grande oceano, e vedere campi di corali e spugne marine” descrive Noorduin.

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