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Reazioni chimiche innescate da laser
Normalmente i chimici non possono mischiare i loro reagenti fino a quando non sono pronti per far procedere la reazione. Ma ora i ricercatori hanno sviluppato un modo per incapsulare sostanze chimiche altamente reattive con nanotubi di carbonio all'interno di microgusci di nylon, metterli in una miscela con altri reagenti, conservare la miscela per tutto il tempo che desiderano e quindi utilizzare la luce laser per far scoppiare le capsule, avviando la sostanza chimica reazione quando e dove è necessario. Il sistema potrebbe essere utilizzato per la stampa, per la somministrazione controllata di farmaci all'interno del corpo o nella sintesi chimica industriale.
Luce attivata: Queste microcapsule, realizzate in nylon, possono essere utilizzate per separare sostanze chimiche altamente reattive nello stesso liquido. Le capsule scoppiano quando vengono illuminate da un laser, mescolando le sostanze chimiche.
Abbiamo sviluppato un modo per avere sostanze chimiche incompatibili in un singolo contenitore e un mezzo esterno per farle reagire, afferma Jean Fréchet , un chimico organico presso l'Università della California, Berkeley.
Usando il sistema di incapsulamento, dice Alex Zettl , professore di fisica all'università che sta lavorando alle capsule chimiche con Fréchet, puoi posizionare le sostanze chimiche esattamente dove vuoi, lasciarle e quindi usare il laser come una manopola per avviare una reazione su richiesta.
I ricercatori di Berkeley utilizzano una reazione consolidata per creare le capsule. Mescolano la sostanza chimica da incapsulare con una piccola quantità di nanotubi di carbonio e i precursori per la produzione di nylon, mescolando continuamente. L'agitazione fa sì che il nylon formi delle sfere che catturano i nanotubi e il reagente. Variando la velocità di agitazione, i chimici di Berkeley possono variare la dimensione delle capsule risultanti da circa 100 a 1.000 micrometri. Quando puntano un laser su una capsula, i nanotubi di carbonio assorbono la luce, riscaldando il liquido all'interno e facendolo espandere fino a farlo esplodere, rilasciando il contenuto. La novità non è la particella in sé, ma il fatto che può essere indirizzata da un laser economico, afferma Fréchet. Ciò è possibile perché i nanotubi di carbonio, la sostanza più nera conosciuta, assorbono un ampio spettro di luce in modo molto efficiente.
Le microcapsule si trovano comunemente nei detersivi, dove separano il sapone dagli altri ingredienti fino a quando non vengono miscelati con acqua, e nella carta da copia senza carbone, dove separano gli inchiostri che reagiscono quando le capsule vengono scoppiate dalla pressione di una penna. Ma non c'è stato un buon modo per separare i liquidi reattivi l'uno dall'altro e per controllare con precisione il loro rilascio.
In un articolo pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana , i ricercatori descrivono l'utilizzo delle microcapsule innescate dalla luce per controllare due diversi tipi di reazioni.
Il controllo laser offre molti gradi di libertà nel depositare qualcosa di reattivo, afferma Jeffrey Leon, un chimico nella divisione elettronica di maneggiare , una società con sede a Düsseldorf, in Germania. Proteggere le sostanze chimiche altamente reattive l'una dall'altra in un liquido e quindi essere in grado di controllare attentamente il loro rilascio, afferma Leon, è stato un obiettivo per molto tempo. La ricerca è nelle sue fasi iniziali e ha molte potenziali applicazioni. Il prossimo passo è rendere le capsule il più piccole possibile, il che potrebbe consentire l'uso delle capsule attivate dal laser nella stampa di materiali elettronici, afferma Leon.
I ricercatori di Berkeley stanno lavorando per sostituire i nanotubi di carbonio con coloranti che assorbono bande di luce molto più strette. Ciò consentirebbe un altro grado di controllo sul rilascio di sostanze chimiche: laser di diverse lunghezze d'onda potrebbero essere utilizzati per rilasciare sostanze chimiche diverse.