Tessitura con nanofilamenti

I ricercatori del gruppo di Helma Wennemers, professoressa del Laboratorio di chimica organica, hanno messo in moto i loro telai chimici e hanno creato un nano-tessuto molecolare unico. Questo tessuto è costituito da fili molecolari organici intrecciati con proprietà molto speciali.

La maggior parte dei tessuti è costituita da fili di trama e fili di ordito uniti verticalmente. In questo modo si ottiene un tessuto biassiale che è meccanicamente più resistente dei singoli fili. I ricercatori hanno già trasferito questo principio dei fili intrecciati perpendicolarmente ai sistemi molecolari con l'aiuto dei metalli, per creare nanomateriali stabili.

Wennemers e il suo gruppo hanno ora fatto un ulteriore passo avanti. In collaborazione con Klaus Müllen, professore del pagina esternaIstituto Max Planck I ricercatori del Centro per la ricerca sui polimeri di Magonza hanno prodotto il primo nano-tessuto composto da tre fili di molecole puramente organiche. Per usare un'analogia con la tessitura: Questo tessuto molecolare ha due fili di ordito che si sovrappongono ma non si intrecciano, e un filo di trama che blocca il tessuto. Nell'arte giapponese della tessitura, un'armatura triassiale di questo tipo è nota anche come kagome.

I fili del nanotessuto sono tutti costituiti dallo stesso blocco di base di organi. Questo è stato a sua volta sintetizzato dai ricercatori a partire da tre subunità molecolari. La base del blocco di base è un peptide a forma di spirale, una cosiddetta elica di oligoprolina, che è correlata alla proteina naturale del collagene. Due monoimmidi di perilene sono attaccate a ciascuna estremità del peptide a forma di spirale. Queste molecole a forma di disco sono note per la loro capacità di aderire l'una all'altra attraverso interazioni speciali. Questi sono i prerequisiti ideali per la formazione automatica di lunghi fili a partire dal blocco di base così prodotto.

Ma come si collegano questi fili per formare il tessuto triassiale kagome? Questo si verifica spontaneamente quando i blocchi di base vengono lasciati raffreddare in soluzione. Di conseguenza, le molecole si organizzano da sole, basandosi sull'ingegnoso design dei blocchi di base: Selezionando opportunamente la lunghezza della catena oligoprolinica e con l'aiuto della corretta spaziatura tra le monoimmidi di perilene, si formano filamenti più lunghi che presentano spazi vuoti alternati in alto e in basso.

I fili ritorti di 60 gradi ora si adattano perfettamente alla fessura superiore e i fili ritorti di 120 gradi si adattano perfettamente alla fessura inferiore. Questo crea l'armatura triassiale Kagome. All'intersezione dei tre fili, le monoimmidi di perilene assicurano che la struttura del tessuto non possa spostarsi. La struttura Kagome è chiaramente riconoscibile al microscopio elettronico.

"Grazie alla perfetta interazione dei blocchi molecolari, siamo stati in grado di produrre un tessuto completamente nuovo e auto-organizzato con una topologia affascinante", spiega Helma Wennemers. "I ricercatori sono anche riusciti a dimostrare che, come un tessuto macroscopico, è molto più robusto dei singoli fili che lo compongono". Il tessuto puramente organico potrebbe essere utilizzato in futuro per sviluppare nuovi tipi di catalizzatori o trovare applicazioni nella tecnologia dei sensori, nello stoccaggio e nella purificazione dei gas.