I nani ci sono stati resi familiari dalla favola di Biancaneve. Il termine “nano” è stato utilizzato poi come prefisso per identificare il miliardesimo dell’unità di misura standard: “nanosecondo”, “nanometro” ecc.
Un nanometro, ottantamila volte più piccolo del diametro di un capello è l’ordine di grandezza della dimensione degli atomi e delle molecole.
Si è scoperto che, a motivo del diverso rapporto tra superficie e volume e del “quantum effect” (non ci provo neanche a spiegare di che cosa si tratti, ci basti sapere che è un effetto fisico importante), i materiali presentano a livello molecolare caratteristiche che non si riscontrano invece a livello massivo.
Lo straordinario sviluppo degli ultimi decenni ha reso possibile all’uomo studiare, manipolare e assemblare materiali a questo livello molecolare.
La nanotecnologia (o le nanotecnologie perché i settori applicativi sono i più vari) è il ramo della scienza applicata e della tecnologia che si occupa di progettare e produrre strutture, strumenti e sistemi, attraverso il controllo delle dimensioni e delle forme su scala nanometrica.
Si possono realizzare “sistemi ultra-miniaturizzati” o migliorare le prestazioni di materiali già noti conferendo loro nuove proprietà o esaltandone altre o anche realizzare “nuovi materiali”
Un settore di grandissimo interesse e con prospettive di sviluppo che ci possono apparire incredibili è quello medico: è possibile produrre dispositivi di dimensioni infinitesimali da impiantare all’interno del corpo umano per ottenere diagnosi o per curare patologie. Sono allo studio sistemi nano strutturati per il rilascio mirato di farmaci. Si pensa ad esempio a dei farmaci antitumorali che aggrediscano le sole cellule cancerose: pensate al progresso rispetto alle attuali chemioterapie, spesso devastanti!
Altro settore è quello dell’immagazzinamento delle informazioni. Nella miniaturizzazione sono già stati fatti passi da gigante ma questo non basta ancora perché la quantità di informazioni che vengono prodotte giornalmente cresce esponenzialmente e con esse anche il desiderio di poterle consultare ed elaborare.
Quasi tutti i materiali che utilizziamo sono compositi, cioè costituiti oltre che dall’elemento principale che lo caratterizza anche da molti altri, additivi e riempitivi (filler) che gli conferiscono le caratteristiche finali.
Usando come “filler” delle nano particelle di tipo diverso si possono aumentare considerevolmente le prestazioni del materiale o attribuirgliene delle altre.
I tipi più comuni di nanoparticelle sono le nanoargille, i nanotubi di carbonio, e le nanopolveri.
Con le nano argille si incrementano le proprietà meccaniche, la resistenza chimica e la resistenza al calore del composito; con i nano tubi di carbonio (fogli monoatomici di grafene arrotolati in modo da formare dei tubi cilindrici) oltre a migliorare le proprietà meccaniche si apportano anche nuove proprietà elettriche, termiche e magnetiche; con le nano polveri si influisce sulla conducibilità elettrica e termica; sulle proprietà ottiche, sulle proprietà antistatiche e antibatteriche .
Qualche esempio di applicazione?
I 900 pannelli di rivestimento di Palazzo Italia a EXPO 2015 sono stati realizzati utilizzando cemento impiegante nano particelle di TiO2. Queste esposte al sole modificano la velocità di alcune reazioni chimiche e in presenza di umidità e dell’ossigeno contenuto nell’aria, attivano processi ossidativi in grado di degradare sia le sostanze organiche e i microrganismi depositatisi sulla superficie, sia gli inquinanti contribuendo alla purificazione dell’aria!
Le vernici “autopulenti”e i tessuti “antimacchia”: le macchie non penetrano all’interno del materiale ma restando in superficie possono essere facilmente eliminate.
Le creme solari caricate sfruttano le capacità filtranti i raggi UV di alcune nano particelle.
Le applicazioni sono già tantissime
Ma “non è tutto oro ciò che luce”, recita un antico proverbio: Le nano particelle possono passare attraverso le membrane cellulari degli organismi, e le loro interazioni con i sistemi biologici sono molto poco conosciute e potenzialmente pericolose. La FDA (il dipartimento degli USA che si occupa della sicurezza dei prodotti chimici) ha in corso studi a lungo raggio su cosmetici e creme solari contenenti nano particelle, ancora non conclusi.
D’altro canto la dialettica progresso tecnologico/possibili danni alla salute è una costante dei tempi attuali: basta pensare al dibattito ancora vivo e accanito sull’utilizzo degli OGM (organismi geneticamente modificati) in agricoltura.
Di nano strutture e nano particelle sentiremo ancora parlare.
