Gli scienziati sognano di utilizzare minuscole molecole come elementi costitutivi per costruire cose, in modo simile a come costruiamo cose con parti meccaniche. Tuttavia, le molecole sono incredibilmente piccole – circa un centomilionesimo delle dimensioni di una palla da softball – e si muovono in modo casuale nei liquidi, rendendo molto difficile manipolarle in un’unica forma. Per superare questa sfida, i “dispositivi nanofluidici” in grado di trasportare molecole in canali estremamente stretti, di dimensioni simili a un milionesimo di cannuccia, stanno attirando l’attenzione come un modo per manipolare direttamente singole molecole in soluzioni.
Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal professore associato Yan Xu della Graduate School of Engineering dell’Università metropolitana di Osaka è riuscito a regolare il flusso di singole molecole in soluzione aprendo e chiudendo una nanovalvola in un dispositivo nanofluidico applicando una pressione esterna.
Il team di ricerca ha fabbricato un dispositivo nanofluidico con una lastra di vetro sottile e flessibile nella parte superiore e una lastra di vetro duro con piccole strutture che formano nanocanali e sedi di nanovalvole nella parte inferiore. Applicando una pressione esterna alla lastra di vetro flessibile per aprire e chiudere la valvola, sono riusciti a manipolare e controllare direttamente il flusso delle singole molecole in soluzione. Hanno anche scoperto che quando intrappolavano singole molecole fluorescenti nel nanospazio all’interno della valvola, la fluorescenza delle singole molecole diventava più luminosa. Ciò è accaduto perché il piccolo spazio ha reso più difficile per le singole molecole muoversi in modo casuale. Il professor Xu ha affermato che “questo effetto dell’amplificazione del segnale di fluorescenza potrebbe aiutare a rilevare quantità molto piccole di agenti patogeni per la diagnosi precoce di malattie come il cancro e il morbo di Parkinson, senza richiedere attrezzature costose”.
I risultati di questo studio potrebbero essere un passo significativo verso il libero assemblaggio di materiali utilizzando singole molecole come elementi costitutivi in soluzione. Questa tecnologia ha il potenziale per essere utile in vari campi, come lo sviluppo di farmaci personalizzati per le malattie rare e la creazione di display e batterie migliori. Le sue applicazioni sono illimitate.
“Abbiamo affrontato varie sfide proponendo e promuovendo il concetto di ‘Chimica regolata da singola molecola (SMRC),’ in cui le molecole sono trattate come elementi costitutivi e tutti i processi coinvolti nelle reazioni chimiche e biochimiche in soluzione vengono eseguiti su una singola molecola La valvola a singola molecola segna il primo passo verso l’obiettivo, che un giorno potrebbe rivoluzionare la chimica, la biologia e la scienza dei materiali, oltre a trasformare varie industrie”, ha affermato il professor Xu.
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