Forze alla nanoscala

Alcune parti delle molecole possono comportarsi come magneti, attraendo o respingendo altre parti delle molecole. Immagine di Pieter Kuiper.

Prendi due magneti e tienili uno di fronte all’altro con la parte inferiore dallo stesso lato. Ora avvicinali tra loro. Provando a spingerli uno contro l’altro sentirai una forza che invece li separa. Le estremità di questi due magneti sono diverse, hanno due poli differenti. I poli identici si respingono, ma se capovolgi uno dei due magneti e avvicini il suo polo nord al polo sud dell’altro, i due magneti si attireranno e si uniranno.

Tra le forze che controllano l’assemblaggio delle nanostrutture ce n’è una molto simile. La forza elettrostatica è quella forza attrattiva/repulsiva esercitata tra parti di molecole che si comportano come magneti. Molte delle molecole usate in bionanotecnologia sono cariche (positivamente o negativamente). Questo tipo di forza è importante quando si progetta una struttura.

Come olio e acqua

Le altre forze coinvolte sono le forze idrofobiche. Queste forze sono responsabili dell’attrazione tra due molecole “grasse” o parti “grasse” di una molecola. Puoi fare questa prova a casa: prendi un bicchiere d’acqua e aggiungici alcune gocce d’olio. Se mescoli l’acqua muovendo adagio il bicchiere dopo un po’ vedrai che la maggior parte delle gocce d’olio si sono riunite in una o due gocce galleggianti più grosse. Cos’è successo?

Gocce d’olio che galleggiano insieme nell’acqua. L’olio e l’acqua non si mescolano. Clicca per ingrandire.

Alle molecole grasse non piace interagire con l’acqua. (Hai mai sentito l’espressione “come olio e acqua”? Non stanno bene insieme.) Poiché le molecole grasse vogliono stare lontane dall’acqua, quando incontrano altre molecole grasse, si riuniscono formando una “tasca” grassa. Ciò consente a più molecole grasse di allontanarsi dall'acqua.

Questa forza o effetto idrofobico è una delle principali forze che guidano l’autoassemblaggio. L’effetto idrofobico permette alle strutture autoassemblate di stare nel proprio stato più stabile. Lo stato più stabile di una biomolecola di solito è quella disposizione in cui la molecola è più “rilassata”, dove non ci sono tensioni sui legami all’interno della molecola che cercano di farle cambiare forma. Così può mantenere facilmente questo stato, il che la rende stabile.

Per costruire a livello di nanoscala, bisogna capire in dettaglio le forze elettrostatiche e idrofobiche. Grazie a queste conoscenze si può predire meglio l’autoassemblaggio delle strutture.

Immagine di geco di Anrita1705 tratta da Pixabay.