Scoperto Il Gel D'Equilibrio, Un Nuovo Stato Della Materia Soffice

Utilizzando un linguaggio che sia comprensibile ad un vasto pubblico, si può affermare che la fisica della materia condensata è quell'ambito della fisica che studia le proprietà fisiche microscopiche della materia, con particolare interesse per le sue fasi condensate, i cui esempi più noti sono la fase solida e quella liquida.

Le due citate fasi della materia condensata devono la loro esistenza all'interazione di natura elettromagnetica tra gli atomi e ai legami tra gli stessi.

Nel vasto campo d'indagine della fisica della materia condensata, che ha numerose sovrapposizioni con la chimica, la scienza dei materiali, le nanotecnologie e l'ingegneria, si inserisce quello della cosiddetta materia soffice o materia soffice condensata, che comprende  una varietà di stati fisici
facilmente deformabili a seguito di variazioni termiche quali: liquidi, colloidi, polimeri, schiume, gel, materiali granulari, e svariati tipi di materiali biologici.

(Illustration of the bonding
interaction between clay
platelets.
Credit ESRF/CNR/Uni Rome.)

A circa metà dicembre 2010, il prestigioso Nature Materials ha pubblicato uno studio su un’argilla colloidale, la Laponite:  "Observation of empty liquids and equilibrium gels in a colloidal clay".

Lo studio condotto da un gruppo di ricerca internazionale, che vede protagonisti il Cnr [1] e la Sapienza [2] in collaborazione con lo European synchrotron radiation facility (Esrf) di Grenoble, ha osservato sperimentalmente per la prima volta il cosiddetto gel di equilibrio, un nuovo stato della materia soffice.

Lo studio, durato sette anni,  apre prospettive interessanti nel campo delle nanotecnologie.

Una delle sue  possibili applicazioni sono i materiali leggerissimi e biocompatibili da impiegare, ad esempio, in biomedicina per il trasporto dei farmaci.

“Lavorando su una soluzione di argilla colloidale”, spiega Barbara Ruzicka [3], 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 [4]”.

“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 la dott.ssa 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 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”, affermano 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”- spiega Emanuela Zaccarelli [5], 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 scoperta si preannuncia estremamamente interessante, aprendo scenari confortanti per la salute. Attendiamo gli sviluppi del suo impiego.

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



Per le citazioni in corsivo, si fa riferimento al sito del CNR.

_____________________________________________
 

[1]Istituto per i processi chimico-fisici (Ipfc-Cnr)
[2]Istituto dei sistemi complessi (Isc-Cnr), Sapienza Università di Roma.
[3] Dr. Barbara Ruzicka, Ipcf-Cnr, Roma, e-mail: barbara.ruzicka@roma1.infn.it, pagina web personale: http://glass.phys.uniroma1.it/ruzicka.
[4] Prof. Francesco Sciortino, e-mail francesco.sciortino@uniroma1.it, pagina web personale: http://glass.phys.uniroma1.it/sciortino.
[5]Dr. Emanuela Zaccarelli, Isc-Cnr, Roma, e-mail: emanuela.zaccarelli@phys.uniroma1.it, pagina web personale: http://glass.phys.uniroma1.it/Emanuela.