L'acqua: da perturbatore chimico a elemento costitutivo della struttura

Il team guidato dal Prof. Dr. Alex J. Plajer dell'Università di Bayreuth, in stretta collaborazione con i ricercatori della Freie Universität di Berlino, ha prodotto una molecola innovativa con una geometria piatta che inverte radicalmente l'approccio convenzionale all'acqua in chimica. "Abbiamo progettato gli elementi costitutivi dei nostri materiali in modo che possiedano siti di legame specifici che funzionano come slot di attracco integrati per le molecole d'acqua", spiega il Prof. Plajer. Una caratteristica particolare è che le molecole d'acqua collegano i blocchi di costruzione a queste "fessure", tenendo fisicamente insieme il materiale e definendone la forma e la funzione.

"Questo è particolarmente notevole perché l'acqua spesso destabilizza strutture artificiali di questo tipo. Il nostro nuovo materiale, tuttavia, non esisterebbe in questa forma senza le molecole d'acqua. Invece di tenere l'acqua lontana dai componenti che formano la struttura, l'abbiamo deliberatamente integrata come elemento strutturale", spiega Merlin R. Stühler, primo autore dello studio e ricercatore di dottorato nel gruppo di Alex Plajer. Quando i blocchi di costruzione vengono posti in acqua pura, si autoassemblano in lunghe nanofibre tubolari. Questo porta alla formazione di idrogeli che diventano più morbidi o più solidi a seconda della temperatura e possono essere scomposti selettivamente.

La struttura dettagliata delle nanofibre è stata chiarita presso il Centro di ricerca sulla microscopia elettronica (FZEM) della Freie Universität di Berlino. "Abbiamo utilizzato l'analisi di singole particelle, un metodo precedentemente impiegato soprattutto in biologia per studiare proteine e virus, per decifrare la struttura delle fibre con eccezionale precisione", spiega il Prof. Plajer. "Questo approccio ci ha permesso di visualizzare l'esatta disposizione delle molecole e di capire come interagiscono per creare le proprietà uniche del materiale".

Le molecole d'acqua incorporate nella struttura consentono anche la trasmissione di informazioni: quando le nanofibre incontrano altre molecole con un orientamento spaziale specifico, come gli amminoacidi presenti in natura, il materiale è in grado di riconoscere tale orientamento e di adottarlo. Le nanofibre si attorcigliano di conseguenza per adattarsi all'ambiente circostante. "A lungo termine, questo materiale potrebbe essere utilizzato come sensore biologico o in applicazioni mediche grazie a queste proprietà. Il nostro studio dimostra quindi che nello sviluppo di materiali a base d'acqua, l'acqua non si limita a disturbare, ma costruisce attivamente, stabilizza e conferisce funzioni alle strutture", conclude Plajer.