Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università degli Studi di Milano – Bicocca costituito dai professori Angiolina Comotti, Silvia Bracco e Piero Sozzani e dal Dott. Charl Bezuidenhout in collaborazione con il Politecnico di Milano e l'Università di Santiago de Compostela, ha riconosciuto la potenzialità di peptidi ciclici per intrappolare selettivamente lo Xeno, che è un gas raro difficilmente isolabile, perchè poco interattivo. La stabilità è assicurata da un'alta specificità sterica.
I risultati sono stati riportati nello studio "Tight Xenon Confinement in Crystalline Sandwich-like Hydrogen Bonded-Dimeric Capsule of a Cyclic Peptide" pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie Int. Ed. (https://doi.org/10.1002/anie.201906599).
Qual è il retroterra conoscitivo e le esigenze che hanno mosso la ricerca?
«Le sostanze gassose, essendo poco concentrate, sono difficilmente condensabili ed isolabili per vari scopi di cui molti a beneficio dell'ambiente, come nel caso della CO2 in aumento nell’aria. Alcuni sostanze naturali agiscono a questo scopo, come ad esempio, l'emoglobina, che opera la cattura selettiva della CO2 e dell’ossigeno» spiega Angiolina Comotti. «Sul fronte sintetico materiali capaci del riconoscimento selettivo e stoccaggio di gas di interesse energetico ed ambientale stanno emergendo, con prospettive rivoluzionarie per la manipolazione dei gas. Abbiamo voluto costruire materiali contenenti elementi costruttivi di origine naturale e biomimetici per ottenere siti di interazione specifici con i gas di interesse.»
Quali specifici sono stati l’obiettivo della ricerca?
«Ancora piu imprendibili e difficilmente isolabili sono i cosidetti gas rari fra cui specialmente, xeno, neon, kripton, perchè interagiscono poco con la materia, ma la loro cattura è di grande importanza per applicazioni industriali, come per l'illuminazione, la diagnostica medica ed il trattamento di sostanze in ambiente inerte.»
Qual è la modalità per cui questi materiali porosi biomimetici permettono una così specifica cattura del gas Xeno?
«Un esapeptide ciclico contenente tre frazioni piridiliche collegate al suo scheletro – continua Angiolina Comotti – forma dimeri legati da legami idrogeno, che incapsulano strettamente un singolo atomo di xeno, come una perla perfettamente allocata fra le valve. Le capsule supramolecolari si autoassemblano gerarchicamente formando un'architettura porosa le cui cavità sono riempite dai gas. La risonanza magnetica nucleare dello stato solido permette di percepire lo stretto grado di confinamento che le capsule dimeriche imprimono al singolo atomo di xeno catturato.»
«La scoperta è di grande importanza perchè dimostra come sia possibile la messa a punto di capsule nanometriche in grado di isolare gas rari dall'aria, che può essere filtrata come un cercatore d'oro sceglie le pagliuzze setacciando la sabbia dei fiumi. Questi gas infatti sono considerati gas preziosi» spiega la Prof.ssa Comotti.
Come si è arrivati alla scoperta?
«La scoperta è stata fatta combinando metodi sintetici di peptidi ciclici modificati, principi di autoassembleggio supramolecolare e la caratterizzazione approfondita di Risonanza Magnetica dello stato solido in grado di riconoscere il gas xeno e tecniche diffrattometriche con luce di sincrotrone, oltre a misure di assorbimento di gas.»
Un applicazione emergente dello xeno accoppiato alla risonanza magnetica nucleare mediante iperpolarizzazione, che costituisce una tecnica avanzatissima eseguita nei nostri laboratori, permette lo studio dei materiali nanoporosi e la diagnostica dei polmoni per immagine in quanto entità cave ricche di alveoli, come le nostre stesse capsule, ma su scala maggiore. Inoltre, la tecnica puo’ essere utilizzata anche per lo studio in fluidi sanguigni in cui il peptide ciclico può esseere il vettore dello xeno. I peptidi ciclici in quanto biomimetici possono essere sostanze ecocompatibili, a causa della loro bassa tossicità e biodegradabilità.