LETTURA
SULLE NANOSCIENZE
tratto
da Riflessioni.it e scritto da G. Serenelli
La
storia delle tecnologie umane riconosce almeno tre grandi
rivoluzioni: quella industriale del XIX secolo, quella 'nucleare' del
XX secolo e quella odierna del XXI secolo che ci vien fatto di
indicare come la 'rivoluzione nanotecnologica'. Da quest'ultima ci si
aspettano, oltre alla presenza di rischi di cui ancora non conosciamo
pienamente la portata, grandi vantaggi specialmente in campo medico.
Quella delle nanoscienze è una rivoluzione che trova le sue basi già
nel secolo precedente, con le sfide poste nel 1959, il 29 dicembre,
da R. P. Feynman con la sua lettura ‘There's Plenty of Room at the
Bottom’ presentata al Meeting Annuale dell’American Physical
Society, che offrì un premio di 1000 $ al primo che fosse riuscito a
trascrivere la pagina di un libro in uno spazio 25.000 volte più
piccolo ed a renderla leggibile al microscopio elettronico ed uno
ulteriore al primo che fosse riuscito a costruire un motore elettrico
contenuto in uno spazio cubico di un solo sessantaquattresimo di
Inch. La sfida di Feynman è stata raccolta ed i limiti che aveva
proposto sono stati oggi superati.
Una definizione accettata per il
termine nanoscienze stabilisce trattarsi dello studio sia di fenomeni
che della manipolazione di materiali su scala atomica, molecolare e
macromolecolare le cui proprietà differiscono significativamente da
quelle possedute su scale maggiori. Per nanotecnologie si intendono
tutte quelle tecnologie che comportano la progettazione, la
caratterizzazione e l’applicazione di strutture, congegni, sistemi
a dimensioni nanometriche. Nel mondo ‘nano’ la scala di misura è
nanometrica ed un nanometro corrisponde ad un milionesimo di
millimetro. Un normale globulo rosso del diametro medio di 7
micrometri ha, ad esempio, un diametro pari a 7000 nanometri (nm). Il
limite massimo di un oggetto nanometrico è di 100 nm ed è
sufficiente che almeno una delle sue dimensioni rientri in questo
valore per poterlo correttamente inserire nel modo ‘nano’. Anche
la macromolecola del DNA che per ogni cromosoma avrebbe, in media (il
dato è assolutamente grossolano ed è utile solamente a scopo
esemplificativo: la lunghezza del DNA viene calcolata in paia di basi
e non ha, ovviamente, senso parlare di lunghezza media dei
cromosomi.) una lunghezza, se distesa, di 5 cm, ha dimensionalità
nanometrica.
La particolarità di questo mondo non è solo nella
scala delle dimensioni, ma anche nelle proprietà dei nanomateriali
completamente differenti da quelle possedute se considerati in scale
dimensionali nettamente superiori. Il comportamento di una
nanoparticella d’oro è completamente diverso da quello di un
frammento dello stesso metallo visibile ad occhio nudo o anche di
dimensione microscopica. Le forze che agiscono nel mondo nanometrico
non sono le stesse che possiamo apprezzare quotidianamente con i
nostri sensi. Le forze elettromagnetiche, il moto browniano, il
rapporto area superficiale/volume, con predominanza dei fenomeni
interfacciali sono quelle predominanti. Le regole che valgono sono
quelle della meccanica quantistica. Le conseguenze sono proprietà
fisiche, chimiche, elettriche, magnetiche ed ottiche del tutto
particolari assolutamente imprevedibili che non solo variano da
materiale a materiale o alla densità delle nanoparticelle stesse, ma
anche, per uno stesso materiale, in relazione alle dimensioni. La
spiccata reattività delle nanoparticelle, i loro peculiari
comportamenti, le loro capacità di autoassemblamento, e persino i
loro eventuali difetti le rendono particolarmente utili per una
grande varietà di applicazioni: alcune già in atto, altre in corso
di rapido sviluppo.
Le applicazioni attuali riguardano, tanto per
citarne alcune, cosmetici e filtri solari, composti che combinano
nanoparticelle o nanomateriali con altri tradizionali (in imballaggi
antistatici, negli pneumatici e nei paraurti delle auto),
rivestimenti antigraffio e resistenti al logoramento, tessuti
antibatterici, idrorepellenti, antimacchia, accessori per taglio e
perforazioni resistenti all’erosione, rivestimenti di pentole,
elettronica (circuiti integrati), prodotti dell’industria
agro-alimentare: concimi, additivi contenuti nei cibi). Nei nostri
oggetti di uso quotidiano le nanoparticelle sono già presenti. Il
problema è che a fronte di proprietà utili, impensabili per
materiali non nanostrutturati, c’è l’incognita dei rischi posti
da questi stessi materiali. Ciascuno di essi in effetti ha, in
relazione al tipo, all’eventuale dopaggio, alle dimensioni, al
contatto con altri materiali, alla temperatura, un comportamento
peculiare. Giusto per dare un’idea della cosa, parliamo per qualche
riga dell’Oro. Le nostre conoscenze classiche ci dicono che l’Oro
è il più inerte dei metalli, incorruttibile, di colore giallo
lucente, che fonde a 1064,43 °C. Se però consideriamo l’oro in
nanoparticelle ciò non è più vero: il prezioso metallo non è più
giallo, ma rosso (o blu o verde a seconda del tipo di illuminazione e
della grandezza delle nanoparticelle), fonde tranquillamente a 650°C
ed è per di più un ottimo catalizzatore (in range di 2-3 nm o 3-5
nm o 7-8 nm o 30-50 nm. di diametro).
