Le “Nanoscienze” sono tecnologie con cui è possibile realizzare, attraverso la manipolazione dei materiali su scala nanometrica, nuovi materiali funzionali, dispositivi e sistemi complessi con proprietà notevolmente differenti da quelle che potremmo osservare su scale maggiori.
Introduzione alle Nanotecnologie
Era il 29 dicembre 1959, quando nel corso di una celebre conferenza sulla miniaturizzazione, tenutasi presso il California Institute of Technology (Caltech), il fisico Richard Feynman pronuncio la frase “There’s plenty of room at the bottom”, traducibile con “c’è un sacco di spazio giù in fondo”, tenendo di fatto a battesimo le nanotecnologie, ed è per questo considerato “il padre delle nanotecnologie”, anche se non ne propose il termine, ma il concetto di nanotecnologie, come la possibilità di realizzare dispositivi composti da pochi atomi. Celebre la sua affermazione, in base alla quale: ” … con gli strumenti adatti, sarebbe possibile trascrivere l’intera Enciclopedia Britannica su una capocchia di spillo“.
Per diversi anni non ci si ricordò molto di questa frase, poi nel 1974, Norio Taniguchi professore alla Tokyo University of Science, coniò la parola nanotecnologia, descrivendo i dispositivi a semiconduttore per scale che oggi consideriamo di microelettronica. Più tardi, negli anni ’80, Eric Drexler ingegnere statunitense e ricercatore all’Institute for Molecular Manufacturing, si è occupò delle nanotecnologie molecolari coniando pure il termine “nanomacchina” o “macchina molecolare”, ovvero un dispositivo di dimensioni ridottissime prodotto grazie alle nanotecnologie, che può effettuare movimenti simil-meccanici come output in risposta a specifici stimoli di input. Nel 2001, il Premio Nobel per la Chimica Richard Smalley, rispondeva con una battuta, divenuta anch’essa celebre, alla frase di Feynman, con la frase: “there’s not that much room”, traducibile in “non c’è poi così tanto spazio”. Potremmo con questo brevissimo scambio di battute, a distanza di oltre 40 anni, potremmo sintetizzare la storia delle nanotecnologie, dai primi atti ed intuizioni fino alla realizzazione di tantissimi studi e lavori attuale.
Richard Smalley sfruttò il carbonio con impulsi laser per creare la molecola sferica carbonio-60 (Formula C₆₀), il buckminsterfullerene C60. Tale appellativo deriva dal nome dell’architetto Buckminster Fuller, inventore delle cupole geodetiche che ricordano la forma della molecola. Il C₆₀ ha una struttura sferoidale con atomi di carbonio situati ai vertici di 12 pentagoni e 20 esagoni, e questo gli conferisce una forma molto simile a quella di un pallone da calcio. La scoperta del buckminsterfullerene C60 avvenne il 4 settembre 1985.
La U.S. National Nanotechnology Initiative riporta la seguente definizione di Nanotecnologie: “Lo studio e il controllo della materia a dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri, coinvolgendo scienza, ingegneria e tecnologia su scala nanometrica”.
Grazie alle nanotecnologie, i materiali possono ottenere proprietà inedite e non presenti nelle loro forme naturali, aprendo nuovi scenari in ogni settore tecnologico, dalla chimica alla medicina, dall’edilizia all’elettronica, e tanti altri ancora.
Ad esempio, nelle nanoparticelle, il rapporto tra l’area delle superfici e il loro volume è elevato e molto più grande che negli oggetti macroscopici, per i quali il rapporto area/volume è piccolo, e da questa caratteristica, possono discendere proprietà fisiche e chimiche non presenti negli oggetti macroscopici, per i quali il rapporto area/volume è più piccolo, così la superficie può influenzare le proprietà chimiche e fisiche degli oggetti stessi, migliorandone le proprietà strutturali e funzionali.
Importante in questi anni è stata soprattutto la ricerca di base, ma già a livello industriale vi sono stati numerosi sviluppi, e negli anni futuri se ne prospettano tanti di più, nei vari campi tecnologici e dello sviluppo di nuovi (nano) materiali, nell’uso di nanoparticelle per aumentare la superficie specifica (e quindi l’efficienza).
L’impiego delle nanotecnologie si sta sviluppando sempre in settori applicativi, come quelli dell’energia, dell’industria aeronautica e spaziale, dell’industria automobilistica, della tecnologia delle informazioni e della comunicazione. Inoltre dobbiamo ricordare il settore della cosmetica e quello delle nanomedicine, un settore all’interfaccia fra scienze chimiche, biologiche e fisiche, che si esplica in particolare nei due grandi filoni della diagnostica e della terapia. Particolarmente importante è l’applicazione in ambito oncologico, sia per lo sviluppo di mezzi di contrasto costituiti da nanoparticelle che individuano il tumore con una precisione elevatissima, mentre in ambito farmaceutico, si sta lavorando per ottenere delle nanoparticelle che possano trasportare i farmaci all’interno di un organismo, in maniera che il farmaco stesso venga rilasciato solo nel momento in cui la nanoparticella si aggancia o è vicina alla cellula tumorale, disaccoppiando o rilasciando così il farmaco solo dove serve, evitando gran parte delle conseguenze di debilitazione che si hanno ancora nelle terapie attuali, e migliorandone pure l’efficacia.
