Nuovi scenari applicativi per bioingegneria e modelli matematici grazie allo studio su emulsioni doppie pubblicato su Nature Communications
Un innovativo studio internazionale, a cui hanno partecipato per l’Italia il CNR-IAC (Istituto per le Applicazioni del Calcolo “M. Picone”) e l’Università degli Studi di Bari, ha esplorato le straordinarie proprietà di un nuovo tipo di materia soffice attiva, basata su cristalli liquidi attivi contenuti all’interno di emulsioni doppie. I risultati, pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature Communications, aprono interessanti prospettive nel campo della motilità cellulare e nella progettazione di materiali avanzati per la bioingegneria.
Cristalli liquidi attivi: il cuore della nuova materia soffice
I cristalli liquidi attivi sono materiali composti da microsistemi in grado di consumare energia e generare movimento autonomo. In questo studio, tali materiali sono stati incapsulati in gocce fluide contenenti miscele di micro-emulsioni e gel liquido-cristallini, dando origine a comportamenti dinamici complessi e affascinanti.
Secondo Giuseppe Gonnella, docente del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bari, “La materia attiva rappresenta una branca emergente della fisica, che studia sistemi composti da numerosi elementi interagenti, capaci di muoversi in modo collettivo. In ambito microscopico, esempi di tali sistemi includono batteri, proteine motrici e strutture simili a cristalli liquidi attivi”.
Emulsioni doppie: un laboratorio naturale per la biofisica
Nel contesto delle emulsioni doppie, i cristalli liquidi attivi generano moti spontanei che ricordano il comportamento delle cellule in movimento. “Uno degli aspetti più affascinanti – aggiunge Adriano Tiribocchi, ricercatore del CNR-IAC – è la possibilità di prevedere e controllare la direzione del moto, sfruttando simulazioni numeriche ad alte prestazioni”.
Quando una sola goccia interna è presente, si osserva un movimento direzionale spontaneo. Aumentando il numero di gocce, il sistema sviluppa un moto rotatorio coordinato, influenzato dalla presenza di difetti topologici, strutture matematiche rilevabili anche nelle impronte digitali, ma qui osservate per la prima volta in maniera complessa all’interno di emulsioni doppie.
Implicazioni applicative e teoriche: dai farmaci alla morfogenesi
Oltre al potenziale per la somministrazione controllata di farmaci e la progettazione di tessuti biologici artificiali, i risultati dello studio offrono nuove opportunità per l’elaborazione di modelli matematici avanzati. La connessione tra topologia e morfogenesi, evidenziata da questo lavoro, rappresenta un ponte tra fisica teorica e applicazioni biomediche concrete.
La ricerca sui cristalli liquidi attivi apre una nuova fase nello studio della materia soffice, unendo fisica, matematica e scienze della vita.
Le emulsioni doppie attive rappresentano una piattaforma promettente per sviluppare materiali intelligenti, sensibili all’ambiente e capaci di imitare comportamenti biologici complessi. Un campo di studio che si prospetta cruciale per il futuro della bioingegneria e della fisica applicata.
