Nano-florile din cristal și viitorul chimiei arhitecturale

Să fii om înseamnă să înțelegi că uneori, nu e nevoie să vezi ca să crezi. Timp de secole, oamenii de știință s-au luptat cu provocările nebuloase prezentate de experimentele microscopice riguroase. Exact pe acest joc al cuceririlor se bazează știința modernă. De exemplu, pentru a descoperi celulele, cercetătorii Robert Hooke și Antonie van Leeuwenhoek și-au construit propriile microscoape pentru a investiga aceste universuri minuscule. În mod similar, pentru a examina lumea bacteriilor și a microbilor, în 1931, fizicienii germani Max Knoll și Ernst Ruska au construit primul prototip al microscopului pentru electroni.

Astăzi, știința împinge limitele dintre lucrurile pe care le putem vedea și cele pe care nu le putem vedea, nu doar prin utilizarea microscopului electronic la potențial maxim, ci și prin crearea de artă în spatele lui. Doi oameni de știință de la Harvard creează structuri cristaline complexe care seamănă cu niște floricele organice delicate. Folosesc combinații de substanțe, tehnici rafinate de laborator și cea mai fină tehnologie optică.

Pentru documentarul nostru despre nano-florile de cristal, am discutat cu cercetătorul și chimio-botanistul de la Universitatea Harvard, Wim Noorduin și cu profesoara de chimie de la Harvard Joanna Aizenberg.

„În ultimii trei ani, am căutat feluri de a crește micro-structuri prin manipularea condițiilor înconjurătoare. Am învățat cum să combin chimia pentru a sculpta un cristal în timp ce crește”. Cred că e un țel fundamental să încerci să înțelegi cum poți face structuri de o asemenea complexitate la o scară atât de mică. Și abia atunci, câțiva dintre noi vom înțelege cum creează natura aceste structuri fascinante”, ne-a spus Noorduin în documentarul pe care îl vedeți mai sus.

Mai jos sunt creațiile făcute de Noorduin în laborator.

E un efort destul de mare să creezi ceva din nimic. „Fiecare structură are diametrul unui fir de păr. Cristalele sunt foarte mici și sunt legate printr-un material amorf din care faci orice formă arbitrară.”

Noorduin a explicat: „Pentru a crește structurile, amestecăm două materiale. Imediat ce fac asta, începe reacția și apoi aștept două ore. Putem folosi aceste reacții chimice pentru a face orice formă arbitrară dorim, iar faptul că poți crește o astfel de floare în două ore îți permite să faci multe experimente și să înveți multe rapid.”

„De-a lungul anilor, am crescut zeci de astfel de mostre și am încercat multe moduri de a le sculpta”, continuă el. „Am observat că unele lucruri funcționează estetic mai bine ca altele. Așa am dezvoltat un fel de stil în care majoritatea structurilor arată ca niște flori.”

Pentru Noorduin și compania lui, cât și pentru restul chimiștilor, fizicienilor și inginerilor, aceste nano-structuri din cristal ridică multe întrebări noi. „Oare poți scrie un mesaj în codul Morse pe o floare?” întreabă el. „Pot plasa un coral exact în vârful unei tulpini? E palpitant să văd ce pot face.”

Am vorbit și cu Joanna Aizenberg, profesoară de chimie la Harvard și unul dintre cei mai mari susținători ai lui Noorduin. Aizenberg a spus despre importanța florilor de cristal: „Știința de bază e absolut esențială. Trebuie să înțelegem cum se formează lucrurile. De ce anumite condiții duc la crearea anumitor structuri. Fără înțelegerea lucrurilor de bază, nu vom reuși să construim structurile, materialele și sistemele complexe pe care să le folosim în eventuale dispozitive viitoare.”

Aizenberg spune că aceste structuri minuscule nu sunt desăvârșite doar din punct de vedere științific, ci și artistic.

E interesant că valoarea artistică a fost luată în considerare. Dacă facem noi structuri, avem nevoie de materiale noi pentru a obține o anumită estetică. Folosim experimentele ca pe un sistem model. Nu e necesar să fie exact aceste materiale. Dar simplitatea combinației ne va ajuta să înțelegem cum apare forma, cum apare curbura, cum apar arhitecturile ierarhice complexe.

Imaginați-vă structuri create în laborator de complexitatea individuală a unei amprente. Am văzut castele sculptate într-un bob de nisip, dar flori pe suprafața unei monede?

Un alt aspect foarte interesant sunt costurile mici ale procedurii. „Pentru majoritatea experimentelor științifice e nevoie de echipament foarte scump. Dar pentru aceste experimente nu e nevoie decât de două materiale ieftine pe care le amesteci.” Dezvoltăm kituri de fabricare a cristalelor și pentru copii.

Cu atâtea avantaje și posibilități, e normal ca Norduuin să fie atât de încântat de cercetările lui: „De trei ani mă uit la structurile astea, plonjez în lumea lor și mă pierd acolo. Toate conțin o mică lume în interior.”

Cum au fost primite aceste mini-opere de artă? „Sunt mulți oameni de știință care le găsesc interesante, dar și oameni obișnuiți din toată lumea, care sunt intrigați de formele lor. Pentru mine a fost ciudat să am fotografiile astea pe calculator și deodată să văd că circulă pe tot internetul.”

În orice caz, o singură privire din spatele microscopului pentru electroni e de ajuns ca să înțelegi motivul pentru care experimentele lui Noorduin au atâta succes.

Traducere: Oana Maria Zaharia