Creato un materiale sintetico "intelligente" capace di imitare i monomeri proteici del citoscheletro cellulare per immagazzinare energia solare e rilasciarla a comando, persino al buio.
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Materiali sintetici avanzati e bioispirati
Un materiale “perfetto”, in grado non solo di catturare l’energia solare, ma anche di stoccarla e rilasciarla al momento del bisogno. È l’obiettivo a cui ha lavorato un gruppo di scienziati della Northwestern University, realizzando un nuovo sistema chimico capace di imitare la natura per dare una mano al settore energetico. Il tutto senza impiegare metalli, materiali critici o polimeri plastici.
Il segreto del successo è piccolo. Anzi piccolissimo. Per realizzare il nuovo materiale avanzato, infatti, il team si è ispirato al citoscheletro, la rete di filamenti e tubuli proteici che fornisce l’impalcatura interna delle cellule. Questa fitta intelaiatura si crea attraverso un processo di autoassemblaggio in cui singoli mattoncini proteici (i monomeri) sono polimerizzati in lunghi filamenti, aggiungendo e togliendo in continuazione unità. E consumando e rilasciando energia nel processo.
Il nuovo materiale della Northwestern si comporta in modo simile, assemblandosi e smontandosi ripetutamente in risposta a stimoli esterni. “Il sistema – scrivono gli scienziati – mostra funzioni diverse da quelle dei sistemi biologici ma sfrutta un utile accumulo e rilascio di energia man mano che le molecole si assemblano e si disassemblano sotto l’azione di vari stimoli, come luce, combustibili chimici, elettricità e raggi X”.
Energia, i vantaggi dell’ANI-MV
Il lavoro è partito dalla progettazione di un nuovo monomero artificiale, battezzato con il nome di ANI-MV. Il monomero combina due componenti: un cromoforo (l’amminonaftalene – ANI) in grado di assorbire la luce e cedere elettroni, e il metil viologeno (MV), molecola nota per la sua capacità di accettare elettroni. In soluzione il materiale appare come un semplice liquido giallo, ma se esposto al sole i monomeri polimerizzano in un sistema supramolecolare restituendo un gel nero. E intrappolando l’energia nei suoi nuovi legami per mesi.
“Man mano che l’unità MV si arricchisce di elettroni, le molecole vicine si attraggono fortemente a vicenda, formando strutture chiamate pimeri. I pimeri si organizzano quindi in nastri semiconduttori su scala nanometrica con elettroni delocalizzati, il che significa che gli elettroni possono muoversi liberamente attraverso la struttura anziché rimanere confinati”, scrive Amanda Morris sul sito della Northwestern University.
“Quando i nastri si aggrovigliano, formano un gel nero che immagazzina elettroni in tutta la sua rete molecolare. Questi nastri rappresentano il primo esempio di pimero polimerico supramolecolare, un materiale autoassemblato costituito da coppie di molecole che immagazzinano elettroni”.
La particolarità del materiale è la sua capacità di invertire il processo fungendo da una sorta di batteria chimica. Esposto all’aria il gel rilascia gli elettroni immagazzinati cedendoli all’ossigeno circostante. Questo contatto crea le specie reattive dell’ossigeno (ROS), molecole altamente energetiche e reattive che vengono usate per guidare una reazione chimica.
Secondo i ricercatori un solo grammo di questo materiale potrebbe contenere energia sufficiente per caricare uno smartwatch o un altro dispositivo indossabile.
Leggi la ricerca completa Peptide programming of supramolecular vinylidene fluoride ferroelectric phases
