L’interruttore molecolare: il materiale che respira a comando

Università di Milano Bicocca 10 Lug 2020
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Un interruttore molecolare può “respirare”, cioè assorbire anidride carbonica e rilasciarla in maniera controllata, per essere riutilizzata o trasformata in prodotti di più alto valore aggiunto: è questo il risultato di un innovativo progetto internazionale realizzato dal gruppo di ricercatori guidato da Angiolina Comotti, professore ordinario presso il dipartimento di Scienza dei materiali dell’Università di Milano-Bicocca (www.mater.unimib.it), in collaborazione con il team del professor Sander Wezenberg e del Premio Nobel Ben Feringa dell’Università di Groningen.

Il progetto di ricerca, pubblicato sulla rivista Nature Chemistry (DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-020-0493-5), nasce con l’intento di realizzare materiali che siano in grado di rispondere ad un nostro stimolo per eseguire una determinata azione. Come un comune interruttore comporta l’accensione di un apparato e permette di comandarlo, così l’interruttore molecolare (sulla scala nanometrica) deve essere sensibile al nostro comando per avviare un’azione utile.

Nello specifico, l’interruttore molecolare progettato, è installato sul materiale di interesse e permette a quest’ultimo di caricarsi di CO2 a seguito dell’ordine ricevuto; di rilasciarla dopo un secondo comando. Il processo di rilascio di anidride carbonica è importante, altrimenti i materiali assorbenti si saturerebbero e non lavorerebbero ulteriormente.

Pertanto, come i polmoni durante la pressione esercitata dalla gabbia toracica, l’interruttore molecolare consente al materiale di espirare ed inspirare: il comando esterno è determinato da stimoli luminosi ultravioletti e visibile.

Il materiale prescelto, è solido e dotato di elevata porosità per essere rigonfiabile come una spugna, resistente ai diversi cicli di respirazione. Sono stati privilegiati legami chimici più stabili alle variazioni di temperatura e umidità, definiti in chimica legami covalenti. Inoltre, questo tipo di struttura consente di proteggere gli interruttori molecolari installati nel materiale.

In seguito al processo di respirazione, la trasformazione del materiale è reversibile al 100% ed è possibile misurare la quantità di anidride carbonica assorbita, grazie ad uno specifico apparato. Infine, la Risonanza Magnetica Nucleare, normalmente utilizzata in medicina, ha permesso di seguire il processo all’interno del solido e dimostrare la quantitativa trasformazione dell’interruttore.

«Il progetto - spiega la professoressa Comotti - supporta una sfida attualmente molto attiva nel settore della scienza dei materiali e delle nanotecnologie, quella di produrre solidi con proprietà attive o modulabili a comando, in modo che ad uno stimolo segua un comportamento utile. In letteratura esistono diverse machine e interruttori molecolari artificiali in soluzione che sono capaci di compiere determinate funzioni ma precludono qualsiasi forma di azione collettiva ed ottenimento di un lavoro macroscopico. Al contrario, macchine ed interruttori molecolari allo stato solido sono in grado trasformare cambiamenti nanoscopici, stimolati dalla luce o dal calore, in lavoro di utilità pratica. La funzione ottenuta attraverso il nostro progetto di ricerca è di grande rilevanza, in quanto consente l’assorbimento di anidride carbonica generata dalle attività industriali e dai trasporti, che come è noto, è molto dannosa per il pianeta. Questa scoperta, una volta implementata, consentirà di produrre materiali innovativi con maggiore duttilità rispetto ai materiali assorbenti già in uso»

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