Come i mattoncini Lego che si autoassemblano La Fusione Colloidale delle Particelle irregolari del Team di Stefano Sacanna della New York University sono il primo passo verso una rivoluzione totale

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Le particelle simil-Lego possono auto-assemblarsi in architetture funzionali, possono cambiare il volto della stampa 3D

Un gruppo di chimici della New York University (NYU) sta riconfigurando i “mattoni” della vita con una nuova particella che combina i tratti di Playmobil e Lego. A parte i giochi e le divagazioni, queste cosiddette particelle irregolari prodotte dalla fusione colloidale  (Patcy Particles ) sono 1 / 200esimo della larghezza di un capello umano e possono autoassemblarsi in una serie infinita di architetture uniche. Secondo i loro creatori, non c’è limite alle potenziali applicazioni.

“Immagina di voler costruire un castello, ma invece di scegliere  i mattoncini e pazientemente collegarli uno per uno, devi semplicemente scuotere la scatola dei pezzi in modo che si colleghino magicamente l’uno con l’altro formando un castello completo”, spiega il NYU assistant professor Stefano Sacanna. “Queste particelle intelligenti rappresentano un importante passo avanti per la realizzazione di nuovi materiali auto-assemblanti e di micro-macchinari.”

Da dove arrivano i tratti Lego e PlayMobil? Attraverso la fusione colloidale, una nuova metodologia sintetica sviluppata da Sacanna e dai suoi associati. Molto nel modo in cui diversi pezzi di plastilina possono essere schiacciati insieme per formare nuove strutture, la fusione colloidale “stringe” diversi componenti chimici insieme per creare una nuova particella. Piuttosto che una scultura multicolore per la plastilina, tuttavia, la metodologia sviluppata dalla NYU crea un blocco di edifici multifunzionali che contiene istruzioni complete per l’autoassemblaggio. Un software specializzato noto come “Surface Evolver” consente al team di prevedere come si evolverà esattamente il cluster preliminare quando “spremuto” e quale sarà la particella risultante.

Questo processo di microarchitetture autoassemblanti è in qualche modo simile al processo naturale di cristallizzazione, in cui i cristalli atomici si autoassemblano da una specifica scomposizione di particelle subatomiche. “In natura, architetture estremamente precise, come i cristalli, crescono senza soluzione di continuità da zuppe casuali di atomi”, spiega Sacanna, utilizzando principi simili, afferma, è possibile fabbricare micro-architetture estremamente precise senza la necessità di intervento umano.

Secondo Sacanna, l’industria della stampa 3D potrebbe essere completamente rivoluzionata dalla nuova innovazione. Ciò significa non solo la stampa 3D in miniatura; l’auto-assemblaggio colloidale consentirebbe anche la stampa 3D di architetture pienamente funzionanti. “Dici che vuoi stampare una macchina modello”, spiega Sacanna. “Usando l’auto-assemblaggio colloidale, potresti stampare un’auto che è una frazione di un millimetro e che un giorno potrebbe effettivamente funzionare!”

Naturalmente, la miniaturizzazione presenta sfide potenti per gli scienziati. La manipolazione diretta di particelle 100 volte più piccole di una cellula umana è a dir poco delicata. Quindi Sacanna e il suo team hanno esplorato una nuova metodologia di autoassemblaggio – quella che chiamano “la tecnologia produttiva della natura”. Tuttavia, questo approccio richiede la capacità avanzata di sviluppare elementi costitutivi che si comporteranno secondo una serie specifica di istruzioni. Ciò significa creare particelle microscopiche dotate di un “manuale di istruzioni a bordo” per il collegamento con le particelle vicine.

È una tecnologia altamente innovativa che, per ora, non ha lasciato i confini del laboratorio di Sacanna, ma sta già cambiando la nostra percezione del mondo che ci circonda. “Queste particelle ci aiuteranno a capire – e ci permetteranno di imitare – i meccanismi autoassemblanti che la natura usa per generare complessità e funzionalità da semplici elementi costitutivi”, dice Sacanna.

Recentemente pubblicato nella rivista scientifica Nature , la ricerca di Sacanna è stata co-firmata da Gi-Ra Yi, un professore di ingegneria chimica presso la Sungkyunkwan University della Corea del Sud, nonché dagli studenti laureati della NYU Zhe Gong e Theodore Hueckel.

 

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