Nanotecnologie e scie chimiche: quale collegamento? (prima parte)

Il presente articolo nasce da una serie di ricerche condotte da Gazal, validissimo utente del forum di sciechimiche.org. Prima di addentrarci nel tema relativo alla possibile correlazione tra nanomacchine e scie chimiche, mi è parso opportuno premettere una parte volta ad inquadrare l’argomento “nanotecnologie”.

La nanotecnologia è l’attività umana fondata sull’uso di materiali microscopici per la costruzione di oggetti, dispositivi e macchine capaci di svolgere diverse funzioni. Nella nomenclatura scientifica nano è un prefissoide che indica la miliardesima parte di un’unità di misura: un nanometro è un miliardesimo di metro, un nanosecondo è un miliardesimo di secondo etc. gli oggetti nanotecnologici sono piccolissimi. Si pensi che un capello umano ha uno spessore di 100. 000 nanometri.

La nanotecnologia è la nuova frontiera della miniaturizzazione il cui fine è quello di scendere al di sotto delle dimensioni del milionesimo di metro (micrometro) nei componenti di un dispositivo. Per miniaturizzare a livello micrometrico tali componenti, si ricorre all’approccio dall’alto (top down) che consiste nel lavorare su pezzi macroscopici con tecniche particolari fino a realizzare strutture funzionali (ad esempio, diodi) di dimensioni del milionesimo di metro. Poiché questo approccio ha delle limitazioni intrinseche, oggi si privilegia il sistema dal basso (bottom up), con cui i componenti ultraminiaturizzati sono ottenuti assemblando atomi e molecole.

Un campo della miniaturizzazione consente di preparare materiali speciali, impiegati per costruire oggetti caratterizzati da proprietà specifiche come elasticità, durezza, elettroconducibiltà. Sono oggetti molto complessi dal punto di vista della composizione chimica, che possono adempiere funzioni paragonabili a quelle svolte dai loro analoghi macroscopici, come fili, prese/spine, antenne, porte logiche, motori rotanti o lineari e così via.

Le ricerche in tale settore riguardano i trasporti, le telecomunicazioni, l’informatica, la farmacologia, la chimica, la cosmetica, l’industria alimentare, l’ambiente e l’energia. Nel campo dell’elettronica, deve essere ricordata la realizzazione del microscopio ad effetto tunnel che ha reso possibile l’osservazione e la manipolazione di singoli atomi. Nell’ambito biologico e medico le nanotecnologie consentono di creare nanosensori in grado di distinguere le basi del DNA e di sequenziarlo. In ambito farmacologico, si possono sfruttare le capacità antimicrobiche dell’argento nella sua struttura a nanoparticelle o produrre farmaci già conosciuti in scala nanometrica.

Bisogna precisare che la novità delle nanostrutture non risiede tanto nelle dimensioni ridottissime, quanto nelle caratteristiche che tali strutture assumono: infatti, in un materiale formato da grani di dimensioni nanometrica, la percentuale di atomi che si trovano ai bordi dei grani e nello spazio tra essi, è molto più alta rispetto ai materiali tradizionali. La riduzione delle dimensioni implica un aumento del rapporto tra superficie e volume, col risultato che una gran parte degli atomi costituenti il materiale si trova in superficie ed è dunque maggiormente reattiva. Si potenziano così caratteristiche come l’elettroconducibiltà, le proprietà magnetiche e quelle meccaniche (durezza, elasticità, resistenza al carico etc.). Tra le nanostrutture inorganiche si annoverano i nanotubi ed i nanocristalli, impiegati per l’immagazzinamento dell’energia nelle celle a combustibile, come rivestimenti per barriere ottiche, come dispositivi elettronici, sensori in campo biologico e chimico etc. Altra applicazione è data dai dispositivi optoelettronici. L’optoelettronica è la disciplina che investiga e realizza apparati elettronici atti ad elaborare segnali luminosi ed a convertirli in segnali elettrici e viceversa. I LED, il laser, i fotodiodi sono congegni optoelettronici.