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Strutture molecolari tridimensionali: nuovi traguardi delle nanotecnologie

Per la prima volta in assoluto, alcuni scienziati nel Regno Unito hanno dimostrato che è possibile costruire una struttura molecolare tridimensionale (3D) su una superficie. Gli esperimenti, descritti sulla rivista Nature Chemistry, rappresentano un enorme passo avanti nella ricerca per sviluppare nano dispositivi innovativi, come una nuova tecnologia ottica ed elettronica e persino computer molecolari.

L’UE ha sostenuto questo lavoro attraverso il progetto COORDSPACE (“Chemistry of coordination space: extraction, storage, activation and catalysis”), con una sovvenzione Advanced Grant del Consiglio europeo della ricerca (CER) di 2,49 Mio EUR assegnato a Martin Schröder dell’Università di Nottingham, nell’ambito del programma “Idee” del Settimo programma quadro (7° PQ).

Gli scienziati sono già riusciti a costruire strutture molecolari bidimensionali (2D) auto-assemblanti su una superficie. Queste matrici a 2D contengono pori nei quali possono rimanere intrappolate le cosiddette “molecole ospite”. Inoltre, le molecole ospite non rimangono semplicemente ferme nelle matrici a 2D, in alcuni casi fanno si che lo schema dell’ospite si trasformi tra due diverse configurazioni a 2D.

Per lo studio in questione, fisici e chimici dell’Università di Nottingham hanno creato una matrice a 2D di molecole di acido tetracarbossilico su una superficie. Hanno quindi introdotto una molecola ospite: la fullerene, detta anche “buckyball”, una molecola a forma di pallone da calcio formata da 60 atomi di carbonio.

Grazie alla loro forma sferica, le molecole di fullerene si posizionano sopra la matrice a 2D. Questo promuove la crescita di un secondo strato di molecole di acido tetracarbossilico sopra il primo strato, il che allarga la struttura autoassemblante fino alla terza dimensione.

“È l’equivalente molecolare di gettare una pila di mattoni in aria i quali mentre cadono costruiscono spontaneamente una casa,” ha spiegato il professor Neil Champness della Facoltà di Chimica dell’Università di Nottingham.

“Fino ad ora era stato possibile ottenere questo risultato solamente in 2D, dove, per continuare con l’analogia, i mattoni molecolari formavano un vialetto o un patio, ma i nostri progressi ci permettono di cominciare a costruire nella terza dimensione. È un notevole passo avanti nel campo della nanotecnologia.”

Il sistema appena scoperto è reversibile; quando il coronene (un idrocarburo policiclico aromatico) viene aggiunto come seconda molecola ospite, la rete a doppio strato con il fullerene viene sostituita da una rete a singolo strato di acido tetracarbossilico con coronene immobilizzato tra i pori.

Gli scienziati concludono: “Il sistema fornisce un esempio di una trasformazione reversibile tra una rete sovramolecolare planare e una non planare, un passo importante verso l’autoassemblaggio controllato di architetture sovramolecolari funzionali e tridimensionali su superfici.”

Per maggiori informazioni, visitare:

University of Nottingham:
http://www.nottingham.ac.uk

Nature Chemistry:
http://www.nature.com/naturechemistry

Consiglio europeo della ricerca (CER):
http://erc.europa.eu

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