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La nanotecnologia non è un settore industriale a sé stante, ma un insieme di tecniche utilizzate per manipolare la materia alla nanoscala, dove le grandezze vengono misurate in miliardesimi di metro. Un nanometro (nm), dal greco nanos, cioè “di singolare piccolezza”, equivale a un miliardesimo di metro. Ci vogliono 10 atomi di idrogeno uno accanto all’altro per fare un nanometro. Una molecola di DNA è lunga circa 2,5 nm. In confronto, un globulo rosso è grossissimo: ha infatti un diametro di circa 5.000 nm. E un capello umano è spesso circa 80.000 nm. Tutto ciò che è a livello di nanoscala è invisibile senza l’intervento di potenti microscopi atomici.

 

Il vero potere di questo approccio è che diverse tecnologie e branche scientifiche sono in grado – alla nanoscala – di incontrarsi e interagire.

Grazie ad applicazioni che coprono tutti i settori industriali, negli anni immediatamente a venire la convergenza tecnologica a livello di nanoscala è pronta a diventare la piattaforma strategica per il controllo globale dei prodotti di consumo, del cibo, dell’agricoltura e della salute.

Le materie prime della nanotecnologia sono gli elementi chimici della tavola periodica, sia organici che inorganici. Alla nanoscala, regolata dalla fisica quantistica, le proprietà di un materiale possono cambiare radicalmente. Con la sola riduzione di grandezza (circa al di sotto dei 100 nanometri), e senza alcun altro cambiamento, i materiali possono mostrare nuove proprietà in relazione alla conduttività elettrica, all’elasticità, alla resistenza, al colore e alla reattività chimica: caratteristiche che le stesse identiche sostanze non hanno alle scale micro o macro. Ecco qualche esempio.

Il carbonio in forma di grafite (quella della punta delle matite) è morbido e malleabile; alla nanoscala, il carbonio è più resistente dell’acciaio e sei volte più leggero. L’ossido di zinco è normalmente bianco e opaco; alla nanoscala diventa trasparente. L’alluminio – il materiale delle lattine per bibite – alla nanoscala è soggetto ad autocombustione e potrebbe essere usato nel carburante per i razzi. Il rame, alla nanoscala e a temperatura ambiente, diventa così elastico da estendersi fino a 50 volte la sua lunghezza originale senza spezzarsi.

Lo sfruttamento del cambiamento di proprietà quantistiche alla nanoscala è il punto focale della novità, del potere e del potenziale della nanotecnologia. Attraverso le manipolazioni alla nanoscala, gli scienziati stanno radicalmente trasformando i materiali esistenti e ne stanno progettando di nuovi.

Si stanno creando nanoparticelle (elementi chimici o sostanze più piccole di 100 nm) da usare in centinaia di prodotti commerciali, da vernici anti crepa e vestiti resistenti alle macchie fino a calze anti odore, finestre che si puliscono da sole e pitture da muro anti graffiti. Ecco alcuni esempi.

Sfruttando le proprietà antibatteriche dell’argento alla nanoscala, Smith & Nephew hanno progettato delle bende ricoperte da nanocristalli d’argento per prevenire le infezioni.

Le nanoparticelle del biossido di titanio (TiO2) sono trasparenti e bloccano i raggi ultravioletti (UV); esse sono utilizzate negli schermi solari e negli involucri trasparenti per alimenti per proteggerli dai raggi UV. Le particelle di idrossiapatite hanno alla nanoscala la stessa struttura dello smalto dei denti; i ricercatori della BASF stanno cercando di incorporare le nanoparticelle nel dentifricio, con lo scopo di applicare un rivestimento che impedisca ai batteri di penetrare.

Nano-Tex vende l’antimacchia “Stain Defender”, una protezione molecolare che aderisce alle fibre di cotone, formando una barriera impermeabile che fa sì che i liquidi assumano la forma di una goccia e rotolino via.

Pilkinton vende un vetro da finestre “autopulente” ricoperto da uno strato superficiale di particelle di biossido di titanio alla nanoscala; quando le particelle interagiscono coi raggi UV della luce solare, lo sporco sui vetri si libera per poi venire sciacquato dalla pioggia.

La BASF vende carotenoidi sintetici alla nanoscala come additivi alimentari per limonate, succhi di frutta e margarina (i carotenoidi sono antiossidanti e possono essere trasformati in vitamina A dall’organismo); secondo la BASF, i carotenoidi alla nanoscala sono meglio assimilabili dal corpo e prolungano la durata del prodotto.

Syngenta, la più grande corporation agrochimica del mondo, vende due pesticidi che contengono ingredienti attivi alla nanoscala; la società afferma che la dimensione estremamente piccola delle particelle evita l’intasamento dei filtri delle confezioni spray e permette alla sostanza chimica di essere prontamente assorbita dalle piante, anziché dilavata dalla pioggia o dall’irrigazione.

Altair Nanotechnologies sta sviluppando un prodotto che pulisce l’acqua di piscine e vivai ittici; esso incorpora nanoparticelle di un composto a base di lantanio che assorbe i fosfati dall’acqua evitando la crescita delle alghe.

 

E prodotti di questo tipo non sono che l’inizio. La nanotecnologia permette anche lo sviluppo di produzioni “bottom-up”, cioè dal basso verso l’alto, in cui le molecole autoassemblanti (insiemi di atomi che si montano automaticamente nella configurazione desiderata) diventano veri e propri pezzi da costruzione simili al Lego, per dar vita a congegni alla scala nanometrica.

Ma materiali da costruzione di questo tipo sono ancora agli esordi. Ad esempio si stanno sviluppando prodotti nanofabbricati da usare come circuiti elettronici. I costruttori di chip sperano di poter utilizzare strutture molecolari autoassemblanti in grado di immagazzinare dati e di attivare o interrompere il flusso di elettroni in un circuito. Se funzionasse questo transistor molecolare, si potrebbe rimpiazzare il silicio con nanotubi di carbonio, creando computer velocissimi con prestazioni molto superiori.

 

Sia Intel che Hewlett-Packard hanno annunciato strategie di sostituzione del silicio con materiali costruiti alla nanoscala che continueranno a far crescere esponenzialmente la potenza dei processori dei computer. Gli scienziati stanno anche sviluppando nano-meccanismi per somministrare terapie molecolari. Per esempio, i bioingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) stanno testando sui topi un nano-congegno che, inserito nel sangue, riconosce e poi penetra nelle cellule tumorali. Chiamato la “cellula intelligente” contro il cancro, il nano-congegno raggiunge due obiettivi terapeutici: prima rilascia una sostanza chimica che ostacola l’afflusso di sangue al tumore; in seconda battuta, dopo che la struttura esterna del nano-congegno si dissolve, la parte centrale rilascia una sostanza chemioterapica per sterminare le cellule tumorali.