mercoledì 14 maggio 2014

Nano-macchine artificiali come muscoli artificiali


Per la prima volta, un insieme di migliaia di nano-macchine in grado di produrre un movimento coordinato contrazione estende fino a circa dieci micrometri, come i movimenti delle fibre muscolari, è stato sintetizzato da una squadra CNRS dal Institut Charles Sadron.
Questo lavoro, guidata da Nicolas Giuseppone, professore presso l'Université de Strasbourg, coinvolgendo ricercatori del Laboratoire de Matière et Systèmes Complessi (CNRS / Université Paris Diderot), fornisce una validazione sperimentale di un approccio biomimetico, concettualizzato da alcuni anni nel campo delle nanoscienze. Questa scoperta apre prospettive per una moltitudine di applicazioni in robotica, in nanotecnologie per la memorizzazione di informazioni, in campo medico per la sintesi di muscoli artificiali o nella progettazione di altri materiali contenenti nano-macchine (dotati di nuove proprietà meccaniche). 
La natura produce numerose macchine note come "molecolare". Assiemi molto complessi di proteine, sono coinvolti in funzioni essenziali degli esseri viventi quali il trasporto di ioni, la sintesi di ATP (la "molecola di energia"), e la divisione cellulare. I nostri muscoli sono quindi controllati dal movimento coordinato di queste migliaia di proteine ​​nano-macchine che funzionano solo individualmente su distanze dell'ordine del nanometro. Tuttavia, se combinati a migliaia, queste nano-macchine amplificano questo movimento telescopico fino a raggiungere la nostra scala e lo fanno in modo perfettamente coordinato. Anche se i chimici sintetici hanno fatto mirabolanti progressi negli ultimi anni nella fabbricazione di nano-macchine artificiali (le proprietà meccaniche sono di crescente interesse per la ricerca e l'industria), il coordinamento di alcune di queste macchine nello spazio e nel tempo finora era rimasto un problema irrisolto.
Adesso non più: per la prima volta, la squadra di Giuseppone è riuscito a sintetizzare lunghe catene di polimeri che incorporano, attraverso legami supramolecolari, migliaia di nano-macchine ciascuna in grado di produrre movimento telescopico lineare di circa un nanometro. (Un legame supramolecolare è una interazione tra molecole diverse che non si basano su un "covalente" legame chimico tradizionale, ma piuttosto su quelli che sono conosciuti come "interazioni deboli", che costituiscono in tal modo strutture molecolari complesse.) Sotto l'influenza del pH, i loro movimenti simultanei consentire l'intera catena polimerica a contrarsi o si estendono su circa 10 micrometri, amplificando in tal modo il movimento di un fattore di 10.000, secondo gli stessi principi come quelli utilizzati dai tessuti muscolari. Misure precise di questo esperimento sono stati effettuati in collaborazione con il team guidato da Eric Buhler, fisico specializzato nella diffusione di radiazione presso il Laboratoire Matière et Systèmes Complessi (CNRS / Université Paris Diderot).
Questi risultati, ottenuti utilizzando un approccio biomimetico, potrebbero portare a numerose applicazioni per la progettazione di muscoli artificiali, micro-robot o lo sviluppo di nuovi materiali che incorporano nano-macchine dotate di nuovi multi-scala proprietà meccaniche.

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