I ricercatori dell’Università di Manchester e dell’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Svizzera, hanno rivelato un approccio innovativo per tracciare la dinamica delle singole molecole all’interno strutture nanofluidicheilluminando la loro risposta alle molecole in modi mai possibili prima.
Un sistema nanofluidico: vista su scala nanometrica, impressione artistica. Credito immagine: Titouan Veuillet e EPFL
La nanofluidica, lo studio dei fluidi confinati in spazi ultra-piccoli, offre approfondimenti sul comportamento dei liquidi su scala nanometrica. Tuttavia, esplorare il movimento delle singole molecole in ambienti così ristretti è stato impegnativo a causa dei limiti delle tecniche microscopiche convenzionali. Questo ostacolo ha impedito il rilevamento e l’imaging in tempo reale, lasciando lacune significative nella nostra conoscenza delle proprietà molecolari in confinamento.
Un team guidato dalla professoressa Radha Boya del Dipartimento di fisica dell’Università di Manchester realizza nanocanali sottili da uno a pochi atomi utilizzando materiali bidimensionali come elementi costitutivi.
Il professor Boya ha dichiarato: “Vedere per credere, ma non è facile vedere gli effetti del confinamento su questa scala. Realizziamo questi canali a fessura estremamente sottili e lo studio attuale mostra un modo elegante per visualizzarli mediante la microscopia a super risoluzione”.
I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Materiali naturali.
La collaborazione con il team dell’EPFL ha consentito il sondaggio ottico di questi sistemi, scoprendo indizi di ordinamento dei liquidi indotto dal confinamento.
Grazie a un’inaspettata proprietà del nitruro di boro, un materiale 2D simile al grafene che possiede una notevole capacità di emettere luce a contatto con i liquidi, i ricercatori del Laboratorio di biologia su nanoscala (LBEN) dell’EPFL sono riusciti a osservare e tracciare direttamente i percorsi dei singoli individui molecole all’interno di strutture nanofluidiche.
Questa rivelazione apre le porte a una comprensione più profonda dei comportamenti di ioni e molecole in condizioni che imitano i sistemi biologici.
La professoressa Aleksandra Radenovic, a capo della LBEN, spiega: “I progressi nella fabbricazione e nella scienza dei materiali ci hanno consentito di controllare il trasporto fluidico e ionico su scala nanometrica. Tuttavia, la nostra comprensione dei sistemi nanofluidici è rimasta limitata, poiché la microscopia ottica convenzionale non poteva penetrare nelle strutture al di sotto del limite di diffrazione. La nostra ricerca ora fa luce sulla nanofluidica, offrendo spunti su un regno che fino ad ora era in gran parte inesplorato”.
Questa nuova comprensione delle proprietà molecolari ha applicazioni interessanti, incluso il potenziale per immaginare direttamente i sistemi nanofluidici emergenti, in cui i liquidi mostrano comportamenti non convenzionali sotto stimoli di pressione o tensione.
Il nucleo della ricerca risiede nella fluorescenza originata dagli emettitori di singoli fotoni sulla superficie del nitruro di boro esagonale.
Il dottorando Nathan Ronceray, della LBEN, ha dichiarato: “Questa attivazione della fluorescenza è arrivata inaspettata poiché né il nitruro di boro esagonale (hBN) né il liquido mostrano da soli una fluorescenza nel campo del visibile. Molto probabilmente deriva da molecole che interagiscono con difetti superficiali sul cristallo hBN, ma non siamo ancora certi del meccanismo esatto”,
Il dottor Yi You, un post-doc dell’Università di Manchester, ha progettato i nanocanali in modo tale che i liquidi confinano a soli nanometri dalla superficie dell’hBN che presenta alcuni difetti.
I difetti superficiali possono essere atomi mancanti nella struttura cristallina, le cui proprietà differiscono dal materiale originale, garantendo loro la capacità di emettere luce quando interagiscono con determinate molecole.
I ricercatori hanno inoltre osservato che quando un difetto si spegne, uno dei suoi vicini si illumina, perché la molecola legata al primo sito salta sul secondo. Passo dopo passo, ciò consente di ricostruire intere traiettorie molecolari.
Utilizzando una combinazione di tecniche di microscopia, il team ha monitorato i cambiamenti di colore per dimostrare con successo che questi emettitori di luce emettono fotoni uno alla volta, offrendo informazioni precise sull’ambiente circostante entro circa un nanometro. Questa innovazione consente l’uso di questi emettitori come sonde su scala nanometrica, facendo luce sulla disposizione delle molecole all’interno di spazi nanometrici confinati.
Il potenziale di questa scoperta è di vasta portata. Nathan Ronceray prevede applicazioni che vanno oltre il rilevamento passivo.
Ha detto: “Abbiamo principalmente osservato il comportamento delle molecole con hBN senza interagire attivamente, ma pensiamo che potrebbe essere utilizzato per visualizzare flussi su scala nanometrica causati dalla pressione o dai campi elettrici.
“Ciò potrebbe portare in futuro ad applicazioni più dinamiche per l’imaging e il rilevamento ottico, fornendo informazioni senza precedenti sugli intricati comportamenti delle molecole all’interno di questi spazi ristretti”.
Fonte: Università di Manchester
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
