Nanofibre molecolari più resistenti dell’acciaio

Nanofibre molecolari più resistenti dell'acciaio
Credit Peter Allen

Possono delle nanofibre molecolari essere più resistenti dell’acciaio? Una nuova classe di piccole molecole che si assemblano spontaneamente in nanonastri con una forza senza precedenti, mantenendo la loro struttura al di fuori dell’acqua. L’hanno sviluppata i ricercatori del MIT ottenendo proprietà meccaniche anomale attraverso un autoassemblaggio altamente controllato.

Negli ultimi due decenni scienziati e ingegneri hanno progettato molecole che si assemblano in acqua, con l’obiettivo di realizzare nanostrutture, principalmente per applicazioni biomediche come la somministrazione di farmaci o l’ingegneria dei tessuti, ma questi materiali tendono a degradarsi molto rapidamente e sono instabili.

Nanofibre molecolari più resistenti dell’acciaio: lo studio nel dettaglio

Il materiale che il team di ricerca ha costruito, o meglio ha spinto a costruirsi da solo, è modellato su una membrana cellulare. La sua parte esterna è idrofila, cioè ama stare in acqua, mentre la sua parte interna è idrofoba, cioè cerca di evitare l’acqua.
Questa configurazione – spiega Julia Ortony, assistente presso il Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali del MIT – fornisce una forza trainante per l’autoassemblaggio“, poiché le molecole si orientano per ridurre al minimo le interazioni tra le regioni idrofobiche e l’acqua, assumendo di conseguenza una forma su scala nanometrica.

Il team ha progettato una molecola che ha tre componenti principali:

  • una parte esterna a cui piace interagire con l’acqua
  • le aramidi nel mezzo per legarsi
  • una parte interna che ha una forte avversione per l’acqua.

Dopo vari test ha realizzato lunghi nastri con uno spessore su scala nanometrica, poi ha ne misurato la forza e rigidità per comprendere quale impatto potesse avere l’inclusione tra le molecole di interazioni simili al Kevlar, fibra ultraresistente costituita con le aramidi.

I nanonastri si sono rivelati molto robusti, più forti dell’acciaio

Inoltre, i ricercatori hanno inserito i nanonastri allineati in lunghi fili per essere asciugati e maneggiati, dimostrando che possono sostenere 200 volte il proprio peso e avere aree di superficie straordinariamente elevate: 200 metri quadrati per grammo di materiale.

Questo elevato rapporto superficie-massa promette di miniaturizzare le tecnologie eseguendo più chimica con meno materiale” spiega il ricercatore Ty Christoff-Tempesta.
A tal fine, i ricercatori hanno già sviluppato nanoribbon le cui superfici sono rivestite da molecole che possono tirare fuori metalli pesanti, come piombo o arsenico, dall’acqua contaminata.

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