Da sempre l’uomo ha osservato le meraviglie naturali nella loro maestosità o microscopicità, ammirandone l’aspetto esteriore, ma volendone indagare tutti i meccanismi più nascosti.

È questo l’impulso che ha portato allo sviluppo della nanotecnologia. Ma cosa significa davvero? Scopriamo cosa si nasconde dietro questa parola.

Cos’è la nanotecnologia?

La nanotecnologia copre quella branca della scienza che utilizza, o crea, materiali dalle dimensioni nanometriche, cioè da diecimila fino a un milione di volte più piccoli di un millimetro.

La continua evoluzione tecnologica ha permesso di osservare, capire, predire e, infine, costruire materiali e sistemi appartenenti al mondo nano.

Un mondo che segue leggi e proprietà diverse rispetto a quelle presenti su scale superiori e apprezzabili dai nostri sensi. La meccanica quantistica la fa da padrona, alterando le proprietà fisiche, chimiche, ottiche ed elettro-magnetiche dei materiali stessi.

Com’è nata la nanotecnologia?

L’idea di base, che ha portato alla nascita della nanotecnologia, fu proposta nel 1959 dal premio Nobel Richard P. Feynman. Fu lui a suggerire di sviluppare una tecnologia che potesse lavorare su dimensioni sempre più piccole fino, idealmente, a raggiungere precisioni atomiche.

Nei decenni successivi, questo stimolo fu messo in pratica da molti scienziati, i quali, studiando la materia vivente attorno a noi, intuirono come, in teoria, ci fossero le basi per progettare e costruire strutture piccole e complesse.

Come funzionano le nanotecnologie?

Produrre le strutture costituenti dei materiali, su scala nanometrica, con lo scopo di avere proprietà specifiche, è l’importante risultato finale a cui porta l’uso delle nanotecnologie.

Come è possibile? Due sono gli approcci con cui può essere sviluppata:

• bottom-up, l’approccio dal basso, partendo cioè dall’assemblaggio di singole molecole;
• top-down, l’approccio dall’alto, ovvero mediante una controllata miniaturizzazione del materiale macroscopico.

Ma l’aspetto caratterizzante e unico della nanotecnologia è di ispirarsi a modelli e meccanismi da sempre presenti in natura.

Le cellule stesse, infatti, gestiscono un complesso traffico di nanoparticelle. La loro funzione è quella di racchiudere in uno spazio finito molecole biologiche, destinandole alla distruzione, all’accumulo o al trasporto.

Proprio quest’ultimo risulta essere finemente regolato e altamente specifico, in quanto la nanoparticella può portare sulla sua superficie una sorta di indirizzo per la cellula ricevente.

I messaggi trasportati sono di vitale importanza, poiché comprendono materiale genetico, molecole e proteine necessarie al corretto funzionamento dell’organismo.

Questo processo è quello che più ha ispirato Nanomnia nello studio delle nano e microparticelle. Tali particelle, costituite da materiali biocompatibili, sono ideali per incapsulare sostanze da proteggere e veicolare solo dove necessarie.

A cosa servono le nanotecnologie?

L’approccio multidisciplinare delle nanotecnologie comporta una gamma di applicazioni davvero vasta ed eterogenea.

Milioni di anni di evoluzione hanno affinato una serie di sorprendenti nanotecnologie naturali con le quali abbiamo a che fare ogni giorno e che permettono la vita stessa.

Studiare e replicare questi nano-sistemi porta a sostanziali progressi e benefici nel campo della meccanica, dell’ottica, dell’energia e della medicina.

Non lasciamoci ingannare dalla parola tecnologia, tutto parte dalla natura stessa. Nell’ambiente che ci circonda, infatti, gli esempi sono numerosi e possono avere molti impieghi vantaggiosi:

• nelle cellule possiamo trovare nano-motori e nano-argani proteici, i quali, scorrendo lungo speciali binari, sono i responsabili di tutto ciò che deve essere movimentato in maniera ordinata. Un effetto di alcuni nano-motori è rappresentato dalla contrazione muscolare che, sebbene ci possa sembrare un movimento macroscopico, è in realtà la somma di contrazioni nanometriche;
• sempre sfruttando il funzionamento dei nano-motori, piccole code, chiamate flagelli, permettono a organismi unicellulari, come i batteri, di muoversi nel loro ambiente. Ciò ha dato lo spunto per progettare il movimento di avveniristici nano-robot che potranno viaggiare nel nostro corpo diagnosticando patologie e distribuendo farmaci;
• il preciso e coordinato sistema della fotosintesi clorofilliana, capace di trasformare l’energia luminosa in glucosio e ossigeno, è un vero e proprio esempio di nano-centrale energetica. Prendere spunto da questo meccanismo significherebbe avere energia in pratica illimitata, da una fonte rinnovabile;
• dispositivi nanotecnologici sono i responsabili della sorprendente capacità dei gechi di vincere la gravità, grazie a numerosi nano-peli che si adattano alla superficie mediante un effetto ventosa;
• la presa dei mitili sulle rocce e la loro capacità di resistere al moto ondoso è dovuta a nano-cannule piene di micelle collose. Materiali con queste caratteristiche chimico-fisiche permetterebbero progressi ovunque venisse richiesta una forte adesione in condizioni estreme;
• la superficie di certi fiori è naturalmente autopulente, poiché ricoperta da nano-cristalli di cera che permettono alle gocce d’acqua di scivolare via portando con sé le impurità. Ad oggi sono già presenti materiali che, copiando questa nanotecnologia, permettono di rivestire superfici rendendole autopulenti;
• l’ophiocoma wendtii, una singolare stella marina, in apparenza senza occhi, è in realtà un unico grande occhio formato da campi di microlenti. Il colore stesso, oltre che dalla presenza di pigmenti, può dipendere da nanostrutture organizzate a una distanza tra loro paragonabile alla lunghezza della luce;
• l’involucro esterno di corpi come il carapace dei coleotteri, le ali di certe farfalle, i petali di alcuni fiori, le squame dei pesci e le piume del pavone possiedono una brillanza e iridescenza maggiore rispetto ai soli pigmenti. L’ottica e l’utilizzo quotidiano del colore potrebbe migliorare prendendo spunto da questi esempi.

Le ricerche nel mondo delle nanotecnologie sono iniziate più di cinquant’anni fa, ma solo dagli anni novanta hanno conosciuto un deciso sviluppo come naturale evoluzione della microtecnologia.

Oggi ci sono ancora enormi potenzialità da sviluppare. La ricerca ha costante bisogno di capacità e sostegno. La nanotecnologia è il futuro.