Nanomateriali e impacchettamento di sfere: lo studio tutto genovese

Pubblicato su Nature Communications uno studio condotto da ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università di Genova, sulla progettazione di nanomateriali sfruttando i principi dell’impacchettamento di sfere. Il problema dell’impacchettamento di sfere affascina matematici e fisici da molto tempo. Il punto di partenza è stato il “problema delle palle di cannone” che poneva il quesito di come impilare in modo efficiente le palle di cannone in una nave, posto nel XVI secolo dall’esploratore e corsaro Sir Walter Raleigh durante una delle sue traversate oceaniche, che presto ha portato allo studio dei reticoli tridimensionali densamente impacchettati, e poi alla formulazione della celebre congettura di Keplero sulla massima densità di impacchettamento di sfere uguali (non ancora dimostrata in modo incontrovertibile).

“Oggi i problemi di impacchettamento di sfere si applicano a situazioni più complesse, come la presenza di sfere di dimensioni disuguali, e l’impacchettamento in spazi confinati o in aggregati discreti ad alta simmetria come l’icosaedro e il decaedro. L’icosaedro, in particolare, è il solido platonico di più alta simmetria e compattezza. Queste caratteristiche sono vantaggiose per molti sistemi fisici e biologici, come nanoparticelle metalliche, aggregati colloidali, quasi cristalli, capsidi virali e aggregati di macromolecole come DNA e proteine”. E’ quanto si legge in un comunicato Unige.Life.

Nicolò Canestrari, Diana Nelli e Riccardo Ferrando, del gruppo Nanobiocomp dell’Università di Genova, hanno studiato l’impacchettamento di atomi in aggregati compatti e hanno proposto una teoria generale per la costruzione di strutture icosaedriche multicomponenti mediante l’assemblaggio di gusci concentrici di particelle, chirali e achirali. Gli autori hanno stabilito regole semplici e generali per progettare un’ampia varietà di strutture icosaedriche e per valutare la differenza ottimale di taglia tra le particelle dei diversi gusci. Gli autori hanno anche eseguito simulazioni al computer per riprodurre la formazione di diverse nanoparticelle multimetalliche, dimostrando che le sequenze di gusci icosaedrici previste dalla loro teoria si autoassemblano spontaneamente durante la crescita.

Questo lavoro apre la strada alla progettazione di nuove strutture multicomponente fatte di particelle di diverso tipo, come nanoparticelle metalliche, aggregati di particelle colloidali e di molecole complesse di interesse biologico.