Molecole artificiali

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo e del Centro di ricerca IBM di Rüschlikon hanno sviluppato una nuova tecnica che permette di produrre per la prima volta oggetti complessi e minuscoli a partire da microsfere. Questi oggetti hanno dimensioni di pochi micrometri e una struttura modulare. Possono essere progettati specificamente in modo che le sottoaree abbiano proprietà fisiche diverse. ? inoltre molto facile trasferire i micro-oggetti in soluzione dopo la produzione. Questo rende la nuova tecnologia molto diversa dai processi di microstampa 3D. La maggior parte degli attuali processi di microstampa 3D può produrre solo oggetti fatti di un unico materiale, con una struttura uniforme e vincolati a una superficie durante la produzione.

Per produrre i micro-oggetti, i ricercatori dell'ETH e dell'IBM utilizzano perle di plastica o di biossido di silicio con un diametro di circa un micrometro e diverse proprietà fisiche come elementi di base. Gli scienziati possono disporre queste particelle nella geometria e nella sequenza desiderata in modo controllato.

Le strutture prodotte in questo modo occupano una nicchia interessante nella scala dimensionale: sono molto più grandi delle tipiche molecole chimiche o biochimiche, ma molto più piccole degli oggetti tipici del mondo macroscopico. "A seconda del punto di vista, si può parlare di molecole giganti o di micro-oggetti", spiega Lucio Isa, professore di Interfacce, Materia morbida e Assemblaggio all'ETH di Zurigo. Ha guidato il progetto di ricerca insieme a Heiko Wolf, scienziato dell'IBM Research. "Finora nessuno scienziato è riuscito a controllare completamente la sequenza dei singoli componenti nella produzione di molecole artificiali su microscala", afferma Isa.

Ampia gamma di possibili applicazioni

Il nuovo metodo può essere utilizzato per produrre micro-oggetti con aree magnetiche, non magnetiche e diversamente cariche definite con precisione. Gli scienziati sono attualmente in grado di creare aste di diverse lunghezze e composizioni, piccoli triangoli e semplici oggetti tridimensionali iniziali. Tuttavia, i ricercatori vorrebbero sviluppare ulteriormente la tecnologia. Per possibili applicazioni future, stanno pensando a microveicoli semoventi che si muovono in avanti in un campo elettrico o magnetico esterno grazie a una sofisticata geometria e composizione dei materiali.

Sono ipotizzabili anche micromiscelatori per applicazioni lab-on-a-chip o, in un futuro lontano, persino microrobot per applicazioni biomediche in grado di afferrare e trasportare altri micro-oggetti. I ricercatori potrebbero anche progettare le loro molecole artificiali in modo che interagiscano tra loro e si uniscano indipendentemente per formare "sovrastrutture" più grandi. Ciò potrebbe essere applicato, ad esempio, alla fotonica (elaborazione di segnali basati sulla luce). "Nella fotonica sono necessarie microstrutture personalizzate. Un giorno queste potrebbero essere prodotte con i nostri componenti", afferma Isa.

Produzione con micro modelli

Per produrre un gran numero di micro-oggetti identici, gli scienziati utilizzano modelli di polimeri con approfondimenti incisi a forma dell'oggetto desiderato. I ricercatori hanno sviluppato un metodo che permette di depositare una perlina per ogni approfondimento in ogni fase di lavoro. Passo dopo passo, possono costruire oggetti più grandi, scegliendo il tipo di perlina per ogni fase. Infine, uniscono le perle di plastica riscaldandole brevemente.

Allo stadio attuale dello sviluppo, le perle sono saldamente collegate tra loro. In futuro, tuttavia, i ricercatori vorrebbero provare a collegare le sfere tra loro in modo flessibile. Ciò potrebbe consentire agli oggetti di fungere da modelli su larga scala per composti chimici e biochimici, ad esempio per studiare sperimentalmente il ripiegamento delle proteine. I ricercatori vorrebbero anche provare ad assemblare gli oggetti con sfere fatte di materiali diversi dalla plastica o dal biossido di silicio. "In linea di principio, il nostro metodo può essere adattato a qualsiasi materiale, compresi i metalli", spiega Isa.