Scienza e tecnologia

Macchine molecolari – Dal piccolo al grande cambiamento

Fu Patrizio Roversi a condurre la conferenza-spettacolo sulle macchine molecolari del 22 novembre 2018 nell’Aula Magna dell’Università di Bologna. Il Rettore Francesco Ubertini è stato lieto di invitare anche Vincenzo Balzani, chimico e professore emerito dell’Alma Mater Studiorum, a conversare con i tre vincitori del premio Nobel per la Chimica 2016: Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart e Ben L. Feringa.

Che cosa sono le macchine molecolari?

Nonostante siano già stati creati congegni di dimensioni piccolissime e di struttura sofisticata in grado di essere attivati da stimolazioni elettriche, chimiche o persino luminose, tuttavia non si erano mai realizzate delle macchine artificiali dell’ordine di un nanometro di grandezza. Almeno non prima degli anni ’80, periodo in cui sono iniziati gli studi dei tre scienziati.

Sono dispositivi, come dice il termine stesso, costruiti dalla manipolazione di un certo numero di molecole e volti a compiere gli stessi movimenti che una macchina macroscopica è in grado di fare in risposta a uno stimolo esterno. E come ogni macchina è formata da elementi più piccoli, così in questo caso è stato necessario non solo sintetizzare molecole in grado di legarsi tra loro, ma anche mantenerle capaci di compiere dei movimenti. Il rapporto è parallelo a quello tra un’automobile e le sue ruote: infatti queste ultime sono vincolate ad essa, ma pur sempre libere di rotolare.

E se solitamente gli atomi si uniscono tra loro per mezzo di legami chimici, qui era necessario creare legami di tipo meccanico: una giunzione meccanica molecolare.

Per ottenere un legame meccanico tra le molecole si è partiti da un sistema con due molecole cicliche intrecciate tra loro, cioè dalla forma degli anelli di una catena. Questi anelli sono legati gli uni agli altri da legami covalenti.

Ogni macchina ha tuttavia bisogno di… un motore.

L’obiettivo era di controllare il movimento a livello molecolare (andando contro quello del moto browniano, naturale e casuale, cioè in senso orario e antiorario).

Feringa ha dimostrato che è possibile ottenere un motore molecolare capace di ruotare in modo unidirezionale, servendosi di doppi legami e dell’illuminazione con luce UV. Quest’ultima è infatti uno stimolo che permette la rottura momentanea dei legami, e quindi il movimento.

In seguito alla rottura del doppio legame una serie di processi termici e altri impulsi luminosi riportano la molecola al suo stato iniziale, facendole compiere una rotazione completa.

Tutto ciò ha portato, nel 2014, a un motore che ruota alla frequenza di 12 MHz, ovvero circa 12000 giri al secondo.

Perché cambieranno le nostre vite?

Come disse quella sera Feringa: “Fare chimica non è guardare al presente, ma al futuro, perchè solo lì si possono scorgere i risultati delle scoperte.”

E nonostante saranno ancora necessari decenni di ricerche, la loro utilità si andrà ad applicare in campo medico a congegni capaci di costruire biomolecole direttamente all’interno degli organismi interessati. In quello farmaceutico nell’attivazione di precise sostanze in precisi momenti e luoghi. Nella tecnologia dei potenti computer. Ma soprattutto le macchine molecolari saranno usate a fine ambientalistico per sfruttare l’energia solare, definita dagli scienziati “l’energia del futuro”, nella nostra quotidianità.

Caterina Tenisci

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