Fisica, scoperto nuovo stato della materia soffice

Un gruppo di ricerca internazionale che vede protagonisti il Cnr e la Sapienza ha scoperto la prima prova sperimentale del cosiddetto gel di equilibrio. Lo studio, durato sette anni, è stato pubblicato su Nature Materials e apre prospettive interessanti nel campo delle nanotecnologie

Materiali leggerissimi e biocompatibili da impiegare, ad esempio, in biomedicina per il trasporto dei farmaci. È una delle possibili applicazioni di uno studio appena pubblicato su Nature Materials e realizzato dal Consiglio nazionale delle ricerche
(Istituto per i processi chimico-fisici, Ipfc-Cnr e Istituto dei sistemi complessi Isc-Cnr), in collaborazione con Sapienza Università di Roma e con lo European synchrotron radiation facility (Esrf) di Grenoble.

"Lavorando su una soluzione di argilla colloidale”, spiega Barbara Ruzicka, ricercatrice dell’Ipfc-Cnr e coautrice dello studio, “abbiamo osservato la prima prova sperimentale dell’esistenza di gels estremamente stabili (cosiddetti gels
di equilibrio), mai rilevati precedentemente, confermando una teoria predetta negli anni scorsi dal team guidato da Francesco Sciortino della Sapienza”.

“Avevamo notato – spiega Sciortino – che in modelli con interazioni direzionali (modelli utilizzati anche nello studio dell'acqua e nelle interazioni tra proteine), era possibile generare degli stati arrestati senza l’intervento di una separazione di fase termodinamica”. Normalmente, precisa Ruzicka, “le sospensioni colloidali separano in due fasi e la fase densa si arresta formando un gel instabile, ossia una sostanza che nel tempo cambia le proprie caratteristiche. Questi gel non permettono di controllare il loro stato finale, condizione necessaria, ad esempio, per le applicazioni in campo industriale e tecnologico”.

Questo nuovo stato della materia soffice osservata dai ricercatori del Cnr nella Laponite - un’argilla sintetica usata in applicazioni scientifiche per la costruzione di nano compositi e anche come addensante nelle vernici, per prodotti cosmetici e
per la pulizia della casa - presenta invece delle caratteristiche adatte alle applicazioni tecnologiche.

“Le argille sciolte in acqua”, proseguono i ricercatori, “formano
una soluzione colloidale di dischi di dimensioni nanometriche con una carica netta negativa sulle facce e positiva sui bordi. Tale distribuzione di carica determina un potenziale di interazione fortemente direzionale. E infatti abbiamo osservato evidenza di una separazione di fase estremamente lenta, la quale genera una fase liquida che, contrariamente allo standard, è molto rarefatta e che per questo è stata definita liquido vuoto”.

Le particelle colloidali in questa fase liquida “si bloccano in uno stato di gel a densità bassa, ossia costituito da pochissima materia, occupando quindi solo una piccola frazione dello spazio disponibile”, conclude Emanuela Zaccarelli, ricercatrice
dell’Istituto dei sistemi complessi e coautrice dello studio. “Sotto opportune condizioni questi 'liquidi vuoti' diventano di conseguenza decisivi per la realizzazione di materiali estremamente leggeri, nonché ultra-stabili nel tempo, da impiegare, ad esempio, come nano composti in biomedicina”.

La ricerca è inserita nel progetto Patchycolloids, un prestigioso finanziamento europeo assegnato al professor Sciortino dall’European Research Council (Erc_Ideas
Advanced Grant).

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