Controllare la chiralità con la radiazione

Un esperimento ha permesso di realizzare strutture nanoscopiche la cui chiralità può essere commutata rapidamente da levogira a destrogira e viceversa utilizzando una radiazione elettromagnetica a terahertz. Le applicazioni possibili vanno dai dispositivi biomedicali agli impianti di sicurezza, fino alle tecnologie per le telecomunicazioni  (red)

Da levogira a destrogira, e viceversa, in un baleno: un gruppo di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti è riuscito a dimostrare la commutazione della chiralità di una molecola mediante un semplice fascio di radiazione. Il risultato, illustrato sulle pagine di “Nature Communications”, potrebbe aprire la strada a un'ampia gamma di applicazioni, dai dispositivi biomedicali agli impianti di sicurezza, per finire con le tecnologie per le telecomunicazioni.

La chiralità delle molecole, vale a dire la proprietà di avere un'immagine speculare ma non sovrapponibile, è di fondamentale importanza in molti processi chimici, poiché gli enantiomeri - le due forme simmetriche “allo specchio” di strutture chimiche identiche - non sono equivalenti dal punto di vista biochimico. Come si imparò, per esempio, a caro prezzo nel caso del talidomide, farmaco antiemetico in commercio alla fine degli anni cinquanta, che nella forma levogira produce gravi malformazioni al feto se assunto durante la gestazione. O come nel caso del limonene, una molecola presente nella buccia degli agrumi, in cui uno dei due enantiomeri profuma di limone mentre l'altro di arancia.

 L'insieme delle metamolecole chirali come si presentano al microscopio elettronico (Cortesia Xiang Zhang, et. al)

"Nel caso di molecole di origine naturale è possibile indurre la commutazione di chiralità ma il processo, che prevede cambiamenti strutturali a livello molecolare, è lento e avviene con una bassa probabilità”, ha spiegato Xiang Zhang, che ha partecipato alla ricerca. “Con le nostre molecole artificiali, abbiamo dimostrato la possibilità di una commutazione dinamica di estrema rapidità”.

Oggetto della ricerca erano "metamolecole" costruite a partire da placchette di oro di dimensioni

nanometriche in modo da produrre strutture chirali artificiali. Queste metamolecole erano state integrate in un mezzo di silicio fotoattivo. Una volta eccitate con un fascio di radiazione esterna, è stata osservata l'emissione di un fascio di radiazione di luce polarizzata circolarmente, indice dell'avvenuta commutazione da un enantiomero all'altro di queste strutture artificiali.

“Se si assemblano due strutture di chiralità opposta per formare una metamolecola, la simmetria speculare viene preservata, con il risultato della scomparsa della risposta ottica”, ha sottolineato Zhang. "In altre parole, le due risposte ottiche si annullano a vicenda”.

Particolare delle metamolecole chirali reattive alla radiazione: in viola, marrone e azzurro sono evidenziati i diversi strati di oro; in verde le parti in silicio (Cortesia Xiang Zhang, et. al)

Per ovviare al fenomeno, che può rendere vano qualunque tentativo di controllare la chiralita della molecola dall'esterno, sono stati inseriti elementi di silicio in entrambi gli enantiomeri, ma in differenti posizioni. Rompendo la simmetria speculare è stata così indotta una chiralità anche nella metamolecola conplessiva.

Un particolare importante è che la radiazione elettromagnetica utilizzata è nella regione di frequenze dei terahertz (mille miliardi di cicli al secondo) ovvero all'interno dell'intervallo di risonanza delle vibrazioni delle molecole: proprio questa caratteristiche la rende un mezzo non invasivo ideale per analizzare i costituenti chimici di materiali organici e inorganici.

"I virus caricheranno la batteria" Prodotta elettricità in laboratorio

dal sito: www.repubblica.it

LA SCOPERTA

I ricercatori di Berkeley, in California, hanno creato piccoli generatori di energia che sfruttano le proprietà piezoelettriche di questi microrganismi. Ecco come ci sono riusciti

Il gruppo di lavoro di Seung-Wuk Lee 

DOPO l'energia solare ed eolica, a breve ci sarà quella a virus. Che potremmo produrre semplicemente camminando, per esempio. È quanto sostengono gli scienziati del dipartimento del Lawrence Berkeley national laboratory, in California, negli Stati Uniti. Hanno scoperto che tra le proprietà di un batteriofago (un virus killer dei batteri), c'è quella di convertire l'energia meccanica in elettrica. Una scoperta che apre la strada (ancora lunga) a svariate applicazioni: un giorno non lontano potremmo caricare la batteria dei nostri smarthphone con questo sistema.

Il test. Gli studiosi hanno creato un piccolo dispositivo - sottile come la carta - rivestito da virus ingegnerizzati. Con la forza del tocco di un elettrodo del generatore, i ricercatori hanno scoperto che i microrganismi in questione producono corrente sufficiente per accendere un piccolo display a cristalli liquidi. Questi batteriofagi hanno la caratteristica di essere innocui per la salute dell'uomo ma soprattutto di sfruttare la piezoelettricità ovvero le sollecitazioni meccaniche a cui, con la semplice pressione di un dito di una mano, possono essere sottoposti.

La scoperta. Lo studio è già online e si trova sulla rivista Nature Nanotechnology. "Questo è soltanto il primo passo verso i dispositivi basati sull'elettronica virale. Tuttavia abbiamo bisogno ancora di tempo per approfondire meglio le nostre ricerche", spiega Seung-Wuk Lee, professore del Berkeley lab. "Visti i risultati positivi, molto presto, con questi virus, costruiremo dispositivi molto piccoli capaci di utilizzare e trasformare l'energia prodotta da altre attività quotidiane, come la chiusura di una porta o il fatto di salire le scale, per ottenere energia elettrica".

(13 maggio 2012)