Nanotecnologie: cosa sono, dove si applicano. Dalla medicina all’arte, dall’industria tessile alle telecomunicazioni

Scritto da Francesco Giannoni |    Giugno 2008    |    Pag.

Fiorentino da una vita, anche se con sangue maremmano e lombardo, laureato in lettere, è sposato con due figli. Si occupa di editoria dal 1991, prima come dipendente di una nota casa editrice della sua città, ora come fotografo e articolista free-lance. Collabora a riviste quali Informatore, Toscana Oggi, Calabria7, e a importanti case editrici.

Un granello di sabbia ha un diametro di circa un millimetro. Parlando di nanotecnologie, facciamo riferimento a “oggetti” un milione di volte più piccoli di un granello di sabbia: “nano” in greco vuol dire piccolo. Così chiarisce la dottoressa Debora Berti, introducendo un argomento complesso come quello delle nanotecnologie. Anche se sembra fantascienza, in realtà non è tutto nuovo: infatti i nanomateriali (alcune molecole biologiche, per esempio) sono sempre esistiti, ma le “nanoscienze”, queste sì, sono completamente nuove. Ed è un campo in cui le applicazioni (quindi gli sbocchi professionali) sono pressoché infinite.
Chiariamo subito che non esiste una laurea in nanotecnologia: il laureato in chimica, fisica, biologia che vuole diventare un “nanoscienziato” si specializza frequentando il dottorato di ricerca, lo studio più alto del sistema scolastico italiano.
Per il professor Marcello Colocci le nanotecnologie sono popolari soprattutto perché, grazie ad esse, in alcuni campi (biomedicina, elettronica, informatica) è possibile “accedere ai principi primi del funzionamento di una struttura”: oggi si interviene direttamente sulle molecole, sia nell’industria che in medicina. Facciamo un esempio. «Su un ratto è stato diagnosticato un tumore localizzato in poche decine di cellule – spiega la dottoressa Berti –. Potendo effettuare una diagnosi così precoce, con largo anticipo sulla crescita della malattia e attaccandola a livello molecolare, la cura è infinitamente più efficace.

Ma le nanotecnologie servono anche per rendere più semplici certe cure, aggiunge la dottoressa Cecilia Gambi: l’antibiotico può essere inserito all’interno di nanoparticelle disperse in un liquido per consentire un rilascio lento del farmaco nell’arco delle 24 ore, senza bisogno di somministrarlo quattro volte al giorno svegliandosi magari anche la notte: basta una volta sola.
Il professor Colocci spiega che le nanotecnologie sono applicate anche alle telecomunicazioni, attraverso la fotonica (che studia le emissioni di luce): utilizzare la luce, piuttosto che gli elettroni nella trasmissione di segnali, sfruttandone l’enorme velocità, rende le telecomunicazioni ancora più veloci.
Le nanoscienze, per loro stessa natura, sono interdisciplinari (vi lavorano fisici, chimici, biologi, medici) e in campo medico è nata la “nanomedicina”. Ci sono di conseguenza continui e stretti collegamenti dei laboratori del Polo scientifico con il Polo biomedico di Careggi.

Abiti tecnologici
Un’altra applicazione delle nanotecnologie è nel trattamento dei tessuti con nanoparticelle che conferiscono ai vestiti di tutti i giorni proprietà antibatteriche, o una sorta di schermo per la radiazione solare. Pensiamo alle potenzialità di queste applicazioni nel comprensorio tessile di Prato.
Gli studiosi presenti concordano sul fatto che il livello della ricerca in ambito nanotecnologico condotta al polo scientifico di Sesto è di riconosciuta preminenza a livello mondiale: i risultati scientifici sono pubblicati sulle migliori riviste internazionali del settore, gli studenti che escono dal Polo di Sesto sono contesi dalle più prestigiose istituzioni e università del mondo. D’altra parte è innegabile che un’università che fa ricerca “deve” essere a livello internazionale.
È altrettanto vero però che all’estero l’organizzazione generale della ricerca è migliore, e che in questo momento, così difficile, soprattutto in questo campo, dove un ritardo di pochi anni può risultare incolmabile, è alto il rischio che la nostra ricerca precipiti a un livello inferiore.
L’altro punto dolente è che le prospettive di lavoro per uno specialista in nanoscienze sono apertissime solo andando all’estero: un prestigioso ente tedesco chiese all’Istituto Nazionale di Fisica della Materia giovani scienziati italiani, perché quelli che avevano lavorato in terra germanica si erano rivelati di eccellente livello.
E in Italia? Secondo la dottoressa Marchetti la maggior parte delle nostre imprese vuole formare il neolaureato secondo le proprie esigenze. In generale il laureato specializzato, con esperienze all’estero e con un curriculum magari eccellente trova lavoro nell’industria con difficoltà. Anche dal punto di vista della remunerazione economica un dottore di ricerca non viene valutato più di un laureato, tranne rari esempi.
Aggiunge il professor Colocci che nel nostro paese manca un sistema industriale capace di reggere il passo con un tipo di ricerca dai cambiamenti quasi frenetici, per la quale, inoltre, bisogna avere una mentalità poco diffusa in Italia: accettare che una ricerca non garantisce risultati sicuri. Ma bisogna che l’imprenditore si convinca che la ricerca è qualcosa di positivo, da finanziare perché divenga un prodotto industriale: Nokia ha scommesso che una certa tecnologia avrebbe avuto successo ed è leader della telefonia mobile.


Nella foto da sinistra: dottor Rodorico Giorgi, ricercatore del Dipartimento di Chimica CSGI; dottoressa Stefania Marchetti, assegnista di ricerca di Fisica; dottoressa Debora Berti, ricercatore del Dipartimento di Chimica CSGI; dottoressa Cecilia Gambi, ricercatore di Fisica

Restauri da scienziati
La realtà toscana non è pronta ad accogliere un dottore di ricerca che si occupa di nanotecnologie. Le imprese toscane sono costituite mediamente da 10-20 addetti: troppo piccole per generare e supportare le costose ricerche nanotecnologiche.
Però ci sono anche condizioni per entrare in un circolo virtuoso. Una di queste sono gli spin-off, piccole imprese (tre, cinque persone) nate per gemmazione da realtà universitarie; così la ricerca non rimane dentro i laboratori universitari ma entra a far parte del tessuto produttivo. La prima regione è l’Emilia Romagna con il 20% di spin-off, ma la seconda è la Toscana con il 13%.
Ma c’è un settore in cui una florida piccola impresa è l’ideale per l’applicazione delle nanoscienze, dice il dottor Rodorico Giorgi: i beni artistici. Il Consorzio per lo sviluppo dei sistemi a grande interfase (CSGI) dell’Università di Firenze (uno dei pochi enti di ricerca italiani che sviluppano nanotecnologie) coopera ormai da più di dieci anni (un tempo lunghissimo in questo settore) con restauratori e soprintendenze con un continuo scambio di informazioni che permettono il perfezionamento delle tecnologie e il conseguimento di risultati durevoli. Sono state trovate soluzioni per varie problematiche: dalla conservazione della carta alla tutela degli affreschi. Il primo “nanorestauro”, infatti, fu compiuto sugli affreschi di Masaccio nella cappella Brancacci. In questo campo, e con un’esperienza iniziata dopo l’alluvione, le nanotecnologie fiorentine trovano largo impiego all’estero: dal Messico alla Francia, dalla Svezia a Israele.
Si usano procedimenti che evitano l’uso di sostanze rivelatesi dannose per l’opera d’arte e tossiche per il restauratore. In sostanza si applica all’affresco un gel che “mescola” nanoparticelle liquide (che puliscono), con altre solide e ferrose (che rispondono a un campo magnetico). Il gel non penetra e quindi non danneggia l’affresco. Poi avvicinando una calamita, per la presenza di nanoparticelle solide metalliche, il gel si stacca rimuovendo sporcizia secolare e sostanze dannose applicate in precedenti restauri, senza pregiudicare la salute del restauratore e risultando più “gentile” con l’opera d’arte.

L’esperimento
Il latte annacquato
In un bicchiere d’acqua le molecole sono in continuo e rapido movimento, anche quando il bicchiere è fermo e l’acqua sembra a riposo. Come osservare i moti di queste molecole?

Possiamo mettere nel bicchiere una goccia di latte, aspettare che si sia espansa nell’acqua e usare un fascio laser che attraversa l’acqua del bicchiere. Si vedrà sul muro antistante, a qualche metro di distanza, un brulicare di macchie luminose (intorno alla luce del laser) in movimento continuo e casuale. Lo spettacolo è avvincente, ma attenzione agli occhi! Non osservate intensità di luce troppo alta.

Le macchie in movimento non sono le particelle del latte (proteine e particelle di grasso di dimensioni 10.000 volte più piccole del millimetro) bensì il risultato dei moti di queste particelle, urtate dalle molecole di acqua, a loro volta ancora più piccole: 0,3 milionesimi di millimetro. I moti delle molecole d’acqua sono rapidi; le particelle di latte sono invece più lente per la maggior massa. È proprio grazie alla loro dimensione e lentezza che possiamo osservare queste macchie di luce in movimento. Il moto di particelle molto più piccole può essere immaginato dato che è semplicemente più veloce ma dello stesso tipo.

Servono raffinati strumenti scientifici per osservare e misurare i moti delle molecole nei liquidi e per capire come sono fatte le particelle non osservabili con il microscopio ottico. Sono strumenti che consentono di vedere particelle tanto piccole come le nanoparticelle (anche 1.000.000 di volte più piccole del millimetro) e le molecole di acqua, ancora più piccole. Alcune di queste osservazioni vengono proposte durante i laboratori di OpenLab e “ScienzEstate” al Polo Scientifico.

 

Stoccolma
Nano in mare
Il 10 agosto 1628 a Stoccolma fu varato il Vasa, gigantesco veliero voluto dal re Gustavo II Adolfo. Doveva essere il vanto della marina svedese con alberi di oltre 50 metri, 64 cannoni e centinaia di statue. Percorso circa un miglio, sotto gli occhi sbigottiti di tutti, il Vasa affondò.
Negli anni ’60 del XX secolo fu recuperato ed esposto in un apposito museo inaugurato nel 1990. Ma per la secolare immersione in acque progressivamente più inquinate, il legno lentamente si sbriciolava. Le nanotecnologie sono intervenute in soccorso: trattata con nanoparticelle di idrossido di calcio per decalcificarla, la grande nave è stata salvata un’altra volta.

 


Per chiarimenti, spiegazioni, approfondimenti sull’argomento trattato in questo numero, o su altri, ci si può rivolgere al servizio “OpenLab risponde” attivo sul sito www.openlab.unifi.it