Che cos’è la nanotecnologia? – Definire la nanotecnologia

Definire la nanotecnologia

Il termine “nanotecnologia” ha ricevuto molta attenzione nei media negli ultimi anni. Le notizie hanno annunciato la nanotecnologia come la prossima rivoluzione scientifica, con promesse di computer più veloci, cure per il cancro e soluzioni alla crisi energetica, per citarne alcune. Ma cos’è esattamente la “nanotecnologia”? E può mantenere tutte queste promesse?

La definizione formale di nanotecnologia della National Nanotechnology Initiative (NNI) è:

La nanotecnologia è la comprensione e il controllo della materia a dimensioni comprese tra circa 1 e 100 nanometri, dove fenomeni unici permettono nuove applicazioni.

Comprendendo la scienza, l’ingegneria e la tecnologia su scala nanometrica, la nanotecnologia coinvolge l’imaging, la misurazione, la modellazione e la manipolazione della materia su questa piccola scala.

La definizione di NNI può essere distillata in tre concetti base:

1. La nanotecnologia è molto, molto piccola.

   Quando qualcosa è su scala nanometrica, misura tra 1 e 100 nanometri (nm) in almeno una delle sue dimensioni. Quando le cose sono così piccole, sono troppo piccole per essere viste con i nostri occhi, o anche con un tipico microscopio ottico. Gli scienziati hanno dovuto sviluppare strumenti speciali, come i microscopi a scansione per vedere i materiali che si trovano sulla scala nanometrica.

   Alcuni materiali sono sempre stati su scala nanometrica, come le molecole d’acqua o gli atomi di silicio. Tuttavia, recentemente gli scienziati sono stati in grado di utilizzare nuovi strumenti e processi per sintetizzare e manipolare materiali comuni alla macroscala fino a questa dimensione, come le particelle di TiO2 (biossido di titanio).

2. Alla nanoscala, i materiali possono comportarsi in modi diversi e inaspettati.

   Su scala nanometrica, molti materiali comuni presentano proprietà insolite, come una resistenza notevolmente inferiore all’elettricità, punti di fusione più bassi o reazioni chimiche più veloci.

   Per esempio, su macroscala, l’oro (Au) è lucido e giallo. Tuttavia, quando le particelle d’oro hanno una dimensione di 25 nm, appaiono rosse. Le particelle più piccole interagiscono diversamente con la luce, quindi le particelle d’oro appaiono di un colore diverso. A seconda delle dimensioni e della forma delle particelle, l’oro può apparire rosso, giallo o blu.

   Moneta d’oro		Nanoparticelle d’oro in soluzione

   Un altro esempio di nanoparticelle che appaiono diverse dal corrispondente materiale in macroscala si trova nelle creme solari. Il biossido di titanio (TiO2) è stato usato negli schermi solari e nei blocchi solari per molto tempo. È uno degli ingredienti che fanno apparire le creme di colore bianco. I produttori stanno ora utilizzando le nanoparticelle per creare creme e gel trasparenti, perché le nanoparticelle di TiO2 appaiono trasparenti.

   Anche altre proprietà possono cambiare quando i materiali sono su scala nanometrica. Per esempio, l’alluminio (Al) è il metallo lucido e flessibile usato per fare le lattine di soda. Su scala nanometrica, le particelle di alluminio sono estremamente reattive e possono esplodere. Le nanoparticelle sono più reattive perché hanno più superficie delle particelle su macroscala.

3. I ricercatori vogliono sfruttare questi comportamenti diversi e inaspettati per creare nuove tecnologie.

   Sfruttando questi nuovi comportamenti, i ricercatori di molte discipline diverse sperano di creare molte cose nuove che vanno dai prodotti quotidiani come i calzini antimicrobici e le racchette da tennis più leggere alle celle solari allo stato dell’arte, ai computer più veloci e piccoli o ai trattamenti medici che trattano selettivamente la malattia. Molti scienziati e ingegneri pensano che le possibilità siano infinite.

L’iPod Nano è un esempio di nanotecnologia?

I prodotti potenziati dalla nanotecnologia stanno già arrivando sul mercato. Tuttavia, non tutti i prodotti etichettati come “nano” utilizzano realmente la nanotecnologia. Alcuni produttori stanno usando il prefisso “nano” per comunicare ai potenziali acquirenti le dimensioni relativamente piccole dei loro prodotti specifici. Inoltre, sperano di capitalizzare il buzz e l’eccitazione che ha circondato la nanotecnologia.

Per esempio, i produttori di auto indiani hanno recentemente introdotto la Tata Nano:

immagine tratta da http://en.wikipedia.org/wiki/Tata_Nano

Questa macchina non è sicuramente su scala nanometrica, ma i designer hanno scelto di chiamarla “Nano” per comunicare ai potenziali acquirenti il suo uso di “alta tecnologia” e le sue piccole dimensioni. Questo non è l’unico esempio sul mercato oggi.

Un esempio più comune è l’iPod Nano:

immagine presa da http://www.apple.com/ipodnano/

Anche questo lettore musicale non è “nano-sized” ma è molto più piccolo dell’iPod originale. Tuttavia, utilizza la nanotecnologia nei chip e nei circuiti che lo fanno funzionare, nello stesso modo in cui lo fa il vostro computer portatile!

Ci sono alcuni prodotti là fuori che usano la nanotecnologia, anche se non è contenuta nel nome! Uno dei casi più comuni è l’uso di nanoparticelle d’argento nei prodotti di consumo. L’argento è intrinsecamente antimicrobico ed è stato usato per controllare i batteri fin dai tempi antichi. Incorporando l’argento su scala nanometrica nei tessuti, nella plastica e negli elettrodomestici, i produttori possono realizzare materiali che utilizzano una piccola quantità di argento per uccidere i batteri senza influenzare le altre proprietà dei prodotti.

“Benny l’orso” peluche	Tastiera per computer Silver Seal	Maglia sportiva di Sinotextiles Co,Ltd

Tutte le immagini prese da http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/

Tuttavia, c’è la preoccupazione che un maggiore uso dell’argento in questo modo possa rappresentare un rischio ambientale o portare allo sviluppo di batteri resistenti all’argento-antibiotico.

Il Project on Emerging Nanotechnologies ha creato un inventario di prodotti di consumo che credono di utilizzare in qualche modo la nanotecnologia. Tuttavia, a causa della natura proprietaria di questi prodotti, spesso non è possibile prendere una decisione definitiva su come il prodotto utilizzi esattamente la nanotecnologia.

La nanotecnologia è all’altezza del clamore suscitato?

La nanotecnologia è stata definita “la prossima grande cosa”. Viene annunciata come la chiave per nuovi trattamenti contro il cancro, per l’indipendenza energetica, per migliorare l’elettronica e per portare acqua pulita nei paesi del terzo mondo. Con una così vasta gamma di possibili applicazioni, la nanotecnologia ha la capacità di cambiare il mondo in cui viviamo, nello stesso modo in cui i computer hanno cambiato la società negli ultimi 30 anni. Ma per compiere queste imprese, gli scienziati e gli ingegneri che lavorano sui materiali in nanoscala devono ancora capire meglio come si comportano i materiali in nanoscala e come sintetizzarli in modo affidabile.

Alcune applicazioni sono più vicine al mercato di altre. Per esempio, ricercatori come il Prof. Naomi Halas e Jennifer West della Rice University hanno collaborato per sviluppare un trattamento del cancro usando nano gusci d’oro. Il trattamento è ancora in fase di sviluppo, ma potrebbe trovare la sua strada per i test clinici nel prossimo futuro.