La luce rimodella minuscole particelle polimeriche in laboratorio

Basta illuminare con luce ultravioletta una particella polimerica di pochi micrometri per farle cambiare forma. I ricercatori dell'Università di Ehime hanno ora seguito questo cambiamento dalla singola molecola fino all'intera particella. Il loro studio, pubblicato su Macromolecules, mostra che un evento a scala molecolare si amplifica in una deformazione visibile di particelle di da alcuni micrometri a decine di micrometri di dimensione.

L'azobenzene è la molecola al centro del lavoro. Cambia forma in modo reversibile sotto luce ultravioletta e visibile, ed è per questo che da anni viene impiegato in materiali sensibili alla luce. La maggior parte degli studi sulla sua deformazione si è concentrata su film e materiali massicci. Quanto accade all'interno di particelle microscopiche era poco compreso, e il percorso strutturale che va da un singolo ribaltamento molecolare a un cambiamento della forma della particella restava oscuro.

Il team, guidato da Tomomichi Itoh, ha risolto il problema incorporando le unità di azobenzene direttamente nella catena principale del polimero, lo scheletro che tiene insieme la molecola. Sotto la luce, ogni unità passa dalla forma trans alla forma cis, alterando la forma della catena di cui fa parte. L'effetto si propaga poi verso l'alto: le catene polimeriche si riorganizzano, la struttura interna della particella si riassetta e infine la particella si deforma. I ricercatori descrivono questo fenomeno come una sequenza di livelli strutturali collegati, dalla fotoisomerizzazione alla deformazione della microparticella, piuttosto che come un effetto singolo.

Per ora il guadagno è soprattutto metodologico. Chi progetta microparticelle sensibili alla luce dispone ora di un percorso documentato che collega la progettazione molecolare alla forma della particella, e gli autori indicano come possibili applicazioni le micromacchine azionate dalla luce e le microparticelle funzionali. Non viene riportato alcun prototipo, e i ricercatori non indicano alcuna tempistica per realizzarne uno. Chi volesse costruire tali dispositivi dovrà ancora dimostrare che la deformazione può essere controllata e ripetuta in un sistema funzionante.

I resoconti lasciano anche alcune lacune. Non forniscono alcuna cifra sulla forza o sulla velocità della deformazione, e le particelle sono state studiate in laboratorio anziché in un contesto reale. Ciò che lo studio stabilisce è il meccanismo in sé: una piccola variazione reversibile in una molecola può rimodellare una particella molte volte più grande, e la catena di passaggi intermedi può ora essere ricostruita.