General theory for packing icosahedral shells into multi-component aggregates
Nicolò Canestrari, Diana Nelli and Riccardo Ferrando
Nature Communications (2025)16:1655
https://doi.org/10.1038/s41467-025-56952-1
Il problema dell'impacchettamento di sfere affascina matematici e fisici da molto tempo. Il punto di partenza è stato il "problema delle palle di cannone" (come impilare in modo efficiente le palle di cannone in una nave?) posto dall'esploratore e corsaro Sir Walter Raleigh durante una delle sue traversate oceaniche, che presto ha portato allo studio dei reticoli tridimensionali densamente impacchettati, e poi alla formulazione della celebre congettura di Keplero sulla massima densità di impacchettamento di sfere uguali (non ancora dimostrata in modo incontrovertibile). Oggi i problemi di impacchettamento di sfere si applicano a situazioni più complesse, come la presenza di sfere di dimensioni disuguali, e l'impacchettamento in spazi confinati o in aggregati discreti ad alta simmetria come l'icosaedro e il decaedro.
Nicolò Canestrari, Diana Nelli e Riccardo Ferrando, del gruppo Nanobiocomp del DIFI, hanno studiato l'impacchettamento di atomi in cluster compatti e hanno proposto una teoria generale per la costruzione di strutture icosaedriche multicomponenti mediante l'assemblaggio di gusci concentrici di particelle, chirali e achirali. Gli autori hanno stabilito regole semplici e generali per progettare un'ampia varietà di strutture icosaedriche e per valutare la differenza ottimale di taglia tra le particelle dei diversi gusci. Gli autori hanno anche eseguito simulazioni di dinamica molecolare per studiare la formazione di diversi cluster multimetallici, dimostrando che le sequenze di gusci icosaedrici previste dalla loro strategia di progettazione si autoassemblano spontaneamente durante la crescita.
Questo lavoro apre la strada alla progettazione di nuove strutture multicomponente fatte di particelle di diverso tipo, come nanoparticelle metalliche, aggregati di particelle colloidali e di molecole complesse di interesse biologico.