Ecco Leap, il nanomotore molecolare 'made in Bologna' | Chimici.info

Ecco Leap, il nanomotore molecolare ‘made in Bologna’

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Arriva il primo nano-motore molecolare autoassemblante che può convertire in modo continuo ed automatico l’energia luminosa in lavoro: si chiama Leap (Light energy automatic pump) è ed è stata progettata, realizzata e collaudata da un team del Dipartimento di Chimica “G. Ciamician” dell’Università di Bologna, coordinato da Alberto Credi e composto da Giulio Ragazzon, Massimo Baroncini, Serena Silvi e Margherita Venturi.

Di dimensioni nanometriche (milionesimi di millimetro), Leap è un sistema estremamente semplice adattabile a diverse necessità, il cui funzionamento è molto simile a quello dei motori biologici che regolano il trasporto di sostanze all’interno delle cellule o la contrazione dei muscoli. È l’unica macchina molecolare automatica ed autoassemblante sviluppata in laboratorio: si costruisce da sola e, se esposta alla luce del Sole, funziona in maniera autonoma senza bisogno dell’intervento umano.

Finora le altre macchine molecolari artificiali realizzate hanno strutture molto sofisticate, non sono capaci di sfruttare la loro fonte energetica in modo continuo ed autonomo, e non possono compiere lavoro. Leap permette di superare questi limiti: una volta accesa la luce il dispositivo funziona senza bisogno di altri interventi esterni, così come un motore a scoppio gira autonomamente finché gli si fornisce il carburante. A differenza di quest’ultimo, però, Leap utilizza un’energia rinnovabile (la luce) e non genera prodotti di scarto.

Lo sviluppo di nanomotori artificiali è di grande importanza sia per capire meglio il funzionamento dei nanomotori biologici, sia per costruire dispositivi ultraminiaturizzati di nuova generazione capaci, ad esempio, di intervenire in maniera attiva sui meccanismi cellulari. Sistemi del genere potrebbero essere in grado, in futuro, di curare malattie prevenendo o riparando danni biologici. Inoltre, la realizzazione di un congegno nanometrico capace di utilizzare la luce per trasportare molecole è il primo passo verso lo sviluppo di metodologie di nuova concezione per la conversione dell’energia solare in energia chimica.

Il progetto Leap si ispira all’idea dell’estensione a livello molecolare, cioè nanometrico, dei concetti di “dispositivo” e di “macchina”. Nel compiere queste ricerche i chimici operano alla stregua degli ingegneri (progettazione di componenti e loro assemblaggio per ottenere dispositivi e macchine), manipolando però sistemi un miliardo di volte più piccoli, dal momento che i loro pezzi di partenza sono le molecole (ingegneria molecolare).

Il motore molecolare è costituito da due componenti a forma di anello e di filo. Sfruttando i metodi della chimica supramolecolare, i ricercatori hanno fatto in modo che il filo e l’anello si infilassero l’uno nell’altro in modo veloce ed efficiente (l’anello ha un diametro di soli 0,7 nanometri). Tale movimento avviene secondo una direzione precisa: l’anello scorre sul filo soltanto attraverso il componente detto azobenzene. L’arrivo di un fotone di luce provoca un profondo cambiamento strutturale nell’azobenzene: la nuova forma non soltanto blocca il movimento dell’anello in senso contrario, ma lo spinge fino a farlo uscire dall’altra estremità del filo.

Un altro fotone di luce rigenera la forma iniziale dell’azobenzene (in verde), mettendo il sistema in condizioni di ripetere il ciclo. Nel complesso, per azione della luce, le molecole ad anello vengono sospinte in modo ripetitivo lungo il filo molecolare in una precisa direzione per una distanza di circa 1,7 nanometri. Nelle condizioni utilizzate negli esperimenti, a temperatura ambiente in un volume di 1 millilitro, il sistema pompa all’incirca 20 miliardi di anelli molecolari al secondo.

Il prossimo obiettivo del gruppo di ricerca è inserire il nanomotore in una membrana che separa due comparti e studiarne l’effettiva capacità di “pompare” molecole da un comparto all’altro sotto l’azione della luce.

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