Le proprietà microscopiche delle sferette polimeriche dalle applicazioni avveniristiche
Un nuovo modello teorico, supportato da evidenze sperimentali, è stato sviluppato dai ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza in collaborazione con l’Istituto dei sistemi complessi del Cnr e l’Università di Lund (Svezia). Lo studio, che getta nuova luce sulle proprietà microscopiche di particelle colloidali soffici e sul loro possibile utilizzo, è pubblicato sulla rivista Nature Communications.
Grazie alle moderne tecniche di sintesi chimico-fisica, oggi è possibile produrre particelle colloidali, ovvero particelle di dimensioni di un millesimo di millimetro, di innumerevoli forme, fogge e materiali. Fra queste vi sono i microgel, oggetti microscopici soffici interamente composti da materiale polimerico, talmente versatili che vengono utilizzate tanto nella ricerca di base, quanto per un gran numero di applicazioni pratiche.
Un nuovo studio condotto dai ricercatori del Dipartimento di Fisica in collaborazione con Cnr- Isc, Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle Ricerche e l’Università di Lund (Svezia), indaga come la temperatura e la concentrazione dei microgel influenzino la struttura e la dinamica collettiva delle particelle, dunque le proprietà finali del materiale che esse vanno a comporre (la materia soffice). I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista Nature Communications.
“La grande attrattiva di queste sferette elastiche – spiega Lorenzo Rovigatti del Dipartimento di Fisica della Sapienza – è data dalla possibilità di cambiare in maniera quasi istantanea alcune delle loro proprietà microscopiche, quali per esempio la taglia o la sofficità, variando parametri macroscopici come temperatura o pH del campione”.
I microgel trovano applicazione in molteplici settori che vanno dalla conservazione dei beni culturali alle nanotecnologie, dall’industria alimentare a quella biomedica. Ciononostante, i meccanismi microscopici alla base dell’interazione tra queste particelle sono ancora poco chiari.
L’analisi combinata dei risultati, ottenuti dai ricercatori con esperimenti e simulazioni al computer, ha permesso di dimostrare come le predizioni dei modelli applicati in passato per descrivere l’interazione tra microgel (basati sulla teoria classica dell’elasticità formulata alla fine dell’800) portino a conclusioni incompatibili con l’evidenza sperimentale.
La collaborazione internazionale ha quindi sviluppato un nuovo modello “multi-elastico” che, al contrario di quello vecchio, si basa sulla struttura microscopica dei microgel ed è in grado di descrivere quantitativamente i risultati sperimentali a un livello che permetterà di ottenere una conoscenza molto più approfondita di questi sistemi
“I microgel – spiega Emanuela Zaccarelli, Sapienza e Cnr-Isc – sono componenti essenziali per studiare fenomeni quali la formazione di vetri o di cristalli, ma trovano applicazione in molti processi industriali, dalla sintesi di nuovi materiali allo sviluppo di farmaci innovativi. Eppure, nonostante vengano utilizzati in contesti teorici in cui è fondamentale conoscere a fondo le proprietà microscopiche delle particelle che compongono il sistema, fino a oggi questa conoscenza è stata incompleta o addirittura basata su presupposti errati”.
“Il nostro lavoro – conclude Lorenzo Rovigatti – stabilisce un nuovo punto di riferimento per studi futuri mirati alla piena comprensione del comportamento di questi oggetti, così promettenti dal punto di vista tecnologico”.
Riferimenti:
A new look at effective interactions between microgel particles – Maxime J. Bergman, Nicoletta Gnan, Marc Obiols-Rabasa, Janne-Mieke Meijer, Lorenzo Rovigatti, Emanuela Zaccarelli & Peter Schurtenberger – Nature Communications volume 9, Article number: 5039 (2018) DOI: 10.1038/s41467-018-07332-5
