Transcript presentazione - SerateChimiche

LA RIVOLUZIONE DELLE
NANOTECNOLOGIE
Il Futuro a portata di Nano
Alessandro Trifirò
Tesina multidisciplinare
Classe: V A Chimica Serale
Anno Scolastico: 2010/2011
ITIS E. Molinari - Milano
“ Ci sono tante cose tra cielo e terra che solo i poeti si sono sognate e
hanno cantato”
Friedrich Nietzsche – Filosofo tedesco
Cosa sono le Nanotecnologie?
Le Nanotecnologie rappresentano il controllo e la manipolazione della materia
su dimensioni inferiori al micrometro, generalmente tra 1 e 100 nanometri.
1 nm = 0,000000001 m = 0,1 x 10-9 m
“Son sabbia i minuti, spensierato mortale, da non lasciar scorrere senza
cavarne oro!”
Charles Baudelaire – Poeta Francese
Proprietà Nanotech
L'oro presente in natura, assume l'aspetto di un
solido giallo; ridotto in finissime polveri e posto in
soluzione, acquista una colorazione che va dal
giallo,al rosso, al blu.
Oro colloidale
Particolare di una vetrata di Notre-Dame - Parigi
Coppa di Licurgo – IV secolo d.C.
British Museum - Londra
“Per quanto sia grande il mondo e diverse siano le genti, a tutti piacciono il
sale e l’argento”
Proverbio Cinese
Nano-pallottole d'argento contro i batteri
Nanoparticelle d'Argento sono impiegate nella purificazione dell'acqua, e nei prodotti
biomedicali per le loro proprietà antibatteriche.
Gli ioni argento distruggono i microrganismi all’istante, bloccando il sistema respiratorio
enzimatico, alterando il DNA microbico e la parete cellulare.
a)
b)
c)
Da sinistra: Immagine SEM di nanopolveri d'argento.
A seguire: Test di crescita dell’Escherichia Coli JM101 AMERSHAM su campioni di
cotone a) puro al 100% b) trattato con argento c) impregnato con l’antibiotico
kanamicina.
“C’è un solo modo di dimenticare il tempo: impiegarlo”
Charles Baudelaire – Poeta francese
NanoTimeline
a)
b)
c)
"E la Terra sentii nell'Universo. Sentii, fremendo, ch'è del cielo anch'ella, e mi
vidi quaggiù piccolo e sparso errare, tra le stelle, in una stella"
Giovanni Pascoli – Poeta italiano
There's Plenty of Room at the Bottom
“C'è un sacco di spazio giù in fondo”, questo il titolo
della singolare lezione tenuta dal Prof. Richard. P.
Feynman all'associazione dei fisici americani nel dicembre
del 1959.
Nel suo incisivo discorso, teorizzò la possibilità futura di
operare sulla materia a livello atomico, lanciando una vera
sfida ai giovani scienziati.
Richard P. Feynman
“... A livello atomico, abbiamo nuovi tipi di forze e di nuovi tipi
di possibilità, nuovi tipi di effetti. ... I principi della fisica, a mio
modo di vedere, non escludono la possibilità di manipolare la
materia atomo per atomo. Non è un tentativo di violare delle
leggi; ma è qualcosa che, in linea di principio, può essere fatto;
ma in pratica non è stato ancora fatto perché siamo troppo
grandi. In definitiva, siamo in grado di fare la sintesi
chimica...”.
“Un giorno le macchine riusciranno a risolvere tutti i problemi, ma mai
nessuna di esse potrà porne uno”
Albert Einstein – Fisico Tedesco
Nanomacchine: una realtà in movimento
Il termine “nanotecnologia” fu coniato per la prima volta nel 1974
da Norio Taniguchi dell'Università di Tokio.
Ripreso in seguito nel 1976 da Eric K. Drexler, ricercatore
statunitense, che con il suo libro: “Engines of creation” (Motori di
creazione) diede un forte impulso alla diffusione sociale delle
nanotecnologie.
Lo stesso Drexler introdusse l'ipotesi “nanomacchine”: molecole
ingegneristiche create per svolgere specifiche funzioni.
Eric K. Drexler
MarkIII(k) Planetary Gear
Progetto di Macchina molecolare realizzato da Eric K. Drexler
nel 2004; composto da 12 parti assemblate insieme, per un
totale di 3853 atomi. L'”ingranaggio planetario”, comprende
una dimensione pari a 4,2 nm.
“La natura è una sfera infinita il cui centro è ovunque e la cui circonferenza
non è in nessun luogo”
Blaise Pascal – Filosofo francese
Buckminster-fullerene
Il 4 settembre 1985,
Richard E. Smalley ed
Harold Kroto, scoprirono
una nuova forma
allotropica del carbonio
(C): il C60, detto anche
fullerene.
Il Fullerene, è composto da
60 atomi di carbonio legati
insieme per formare una
“gabbia molecolare”, simile
ad un pallone da calcio.
Il nome trae la sua origine dalle
cupole geodetiche predilette
dall'architetto Richard Buckminster
Fuller, che ne ricordano la forma.
“Diamante. Finiranno col fabbricarli! E pensare che non è altro che carbone!
Se ve ne capitasse uno allo stato naturale, non lo raccogliereste nemmeno!”
Gustave Flaubert
Sua Maestà il Carbonio
Principe della Chimica-Organica, il Carbonio è un elemento dalle enormi potenzialità.
In natura si presenta in diverse forme allotropiche: Diamante, Grafite e Fullerene.
In alto: Diamante e Grafite
A destra: Strutture delle diverse
forme allotropiche del Carbonio
“Dunque l’uomo ama costruire, e tracciare strade, è pacifico. Ma da che viene
che ami appassionatamente anche la distruzione e il caos?”
Fëodor Dostoevskij – Scrittore russo
Nanotubi di Carbonio
Nel 1991, Sumio
Iijima, ricercatore
giapponese della NEC,
isola e studia i primi
nanotubi di carbonio.
Di diversa
morfologia, i
nanotubi di
carbonio
presentano
notevoli
caratteristiche:
leggerezza,
resistenza alla
trazione,
elevata
conducibilità
elettrica,
possibilità di
fungere da
vettori per altre
nanoparticelle.
“La disciplina deve cominciare dall’alto se si vuole che sia rispettata in
basso”
Benito Mussolini – Politico, giornalista e dittatore italiano
Approcci operativi alle nanotecnologie
Per operare con le nanotecnologie si
utilizzano due tipi di approcci:
Top-down (dall'alto verso il basso)
Il processo procede da macro a nano,
riducendo progressivamente le dimensioni
sino al raggiungimento di nanostrutture.
Bottom-up (dal basso verso l'alto)
Si sintetizzano nanostrutture a partire da
singoli atomi, ottenuti tramite autoassemblaggio molecolare.
"Un vero viaggio di scoperta non è cercare nuove terre, ma avere nuovi
occhi"
Marcel Proust - scrittore francese
STM: dall'osservare al manipolare
Nel 1981, due ingegneri IBM, Heinrich Roher (svizzero) e
Gerd Binnig (tedesco) realizzano il primo prototipo di
STM - Scanning Tunnelling Microscope (microscopio ad
effetto tunnel). Nel 1986 ottengono il Premio Nobel.
Heinrich Roher e Gerd Binnig
L'STM utilizza una sonda metallica
che scorre sul campione senza mai
toccarlo. Tra l'atomo della punta e gli
atomi della superficie si verifica una
differenza di potenziale che fa
sollevare la punta stessa. Il sistema
L'STM può essere impostato in modalità
registra la variazione ed elabora un
manipolazione: variando l'intensità di corrente è
possibile catturare un atomo e spostarlo in altro sito. profilo digitale della struttura atomica.
"Il viaggio è una specie di porta attraverso la quale si esce dalla realtà come
per penetrare in una realtà inesplorata che sembra un sogno"
Guy De Maupassant – Scrittore francese
Nanocosmo: un mondo a misura d'atomo
Nel 1989, dagli stessi laboratori IBM in cui nacque
l'STM, si realizza il celebre “Logo IBM”, depositando 35
atomi di xeno su di un chip nichel.
Nel 1993, un esperimento porta alla
nascita del primo “Quantum Corral”,
letteralmente “recinto quantico”: si tratta
di una serie di 48 atomi di ferro (Fe)
depositati in modo circolare su di una
superficie di rame (Cu).
Per la prima volta si ebbe una conferma
“visiva” della fondatezza della
meccanica quantistica, la superficie di
rame mostrava infatti delle onde
concentriche dovute alla presenza degli
elettroni del metallo.
"Non confondere mai il movimento con l’azione"
Ernest Hemingway – Scrittore statunitense
Supermolecole in azione
Meccanismo d'azione di un Rotaxano.
“Sunny”, primo nanomotore ecologico
realizzato dall'equipe del Prof. Vincenzo
Balzani dell'Università di Bologna.
La chimica supramolecolare, prevede l'associazione di molecole affini per svolgere una
determinata azione. Negli esempi mostrati, è possibile osservare l'attività di una molecola
appositamente assemblata per svolgere un movimento. L'azione può avvenire per via
chimica, tramite variazioni di pH o per l'azione fotochimica, grazie l'eccitazione luminosa.
"Una teoria può essere provata da un esperimento. Ma nessun percorso
guida dall’esperimento alla nascita di una teoria"
Albert Einstein – Fisico Tedesco
UHPLC: Nanoparticelle all'opera
L'UHPLC (Ultra High Performance Liquid
Chromatography), rappresenta l'evoluzione
nanotecnologica dell'HPLC.
La fase stazionaria è costituita da micro o
nanoparticelle dette “core-shell” (o fusedcore), formate da un nucleo solido siliceo e da
uno strato di solgel poroso.
Le core-shell (a sinistra) hanno
un'impaccamento uniforme che abbatte il
fenomeno dei percorsi multipli.
"Il vero problema dello "Non
scrivere
confondere
non è tanto
maidiil sapere
movimento
ciò che
condobbiamo
l’azione"
mettere nella pagina,
Ernest
ma ciò
Hemingway
che da questa
– Scrittore
dobbiamo
statunitense
togliere”
Gustave Flaubert – Scrittore francese
Nano-letteratura
“L'era del diamante. Il
sussidiario illustrato
della giovinetta”, Cyber
romanzo di Neal
Stephenson
ampiamente dedicato
alla nanotecnologia.
“Nel mezzo del cammin di nostra vita
mi ritrovai per una selva oscura che
la diritta via era smarrita”, celebri
versi della divina commedia,
impressi tramite tecnologia FIB su
di un capello umano.
Primo Levi, chimico e
scrittore italiano, intuì
l'importanza delle
nanotecnologie.
In “Storie Naturali” del
1966, sono presenti
alcuni racconti, il cui
protagonista è un
“mimete”, fantomatica
macchina capace di
duplicare ogni cosa.
"Un'opera d'arte
"Non
è unconfondere
angolo della
mai
creazione
il movimento
visto attraverso
con l’azione"
un
Ernest Hemingway – Scrittore
temperamento”
statunitense
Émile Zola – Scrittore francese
Nano-Art
Anche il mondo del Cinema è stato influenzato dalle
nanotecnologie:
“Fantastic Vojage”
(Viaggio Allucinante)
del 1966 – un gruppo
di scienziati viene
rimpicciolito ed
introdotto nel corpo di
un uomo.
“The Day the Earth
Stood Still” (Ultimatum
alla Terra) del 2008,
remake in chiave
moderna dell'omonimo
film del 1951 – Un
automa alieno si divide
in uno sciame di
nanorobot.
Persino la pubblicità e le
campagne elettorali non sono state
risparmiate:
Nel 2008, il Presidente degli Stati
Uniti d'America, Barack Obama,
viene riprodotto in versione “nano”.
I “nanobama” sono realizzati con
nanotubi di carbonio.
"Tutte le leggi umane, non
quelle
divine, sono
risultato di uno
di
"Non
confondere
mai ilil movimento
con sforzo
l’azione"
uomini. Altri uomini vengono, modificano,
aboliscono,
perfezionano.
Non ci
Ernest Hemingway
– Scrittore
statunitense
vuole nulla ad abolire. Distruggere è facile, ma ricostruire è difficile” Benito
Mussolini – Politico italiano
Nano-lex sine lege
Attualmente, l'apparato normativo italiano, non prevede
alcun articolo di legge specifico riguardo le nanotecnologie.
Anche a livello Comunitario, l'Europa, non ha prodotto
alcuna normativa dedicata.
A livello Globale però, sono state istituite diverse
commissioni di studio e sono state prodotte alcune linee
guida, affiancate alle predisposizioni messe in atto
autonomamente dalle aziende che operano in questo
campo.
Solo negli ultimi anni è stata focalizzata l'attenzione sui
possibili rischi derivanti dall'esposizione o assunzione di
nano particelle.
Tuttavia sussiste un paradosso di fondo: se da un lato
manca una normativa d'interesse sociale riguardo alle
nanotecnologie, al contrario esse vengono riconosciute in
termini di brevettabilità.
"Il futuro
influenza
il presente
tanto quanto
il passato”
"Non
confondere
mai il movimento
con
l’azione"
Friedrich
Nietzsche
- Filosofo
e scrittore
tedesco
Ernest
Hemingway
– Scrittore
statunitense
Nanotecnologia nel quotidiano
Schermo ultrapiatto e
deformabile della Sony. Utilizza
tecnologia OLED (Organic Light
Emitting Diode) diodo organico
ad emissione di luce. E'
composto da diversi finissimi
strati di nanopolimeri organici.
Nanoparticelle di biossido di
titanio (TiO2) sono utilizzate
nell'industria cosmetica per
“schermare” la luce solare.
Questo calzino è stato trattato con
nanoparticelle di argento (Ag) per
eliminare i batteri e cancellare gli
“odori molesti”.
L'aerogel è uno dei materiali più leggeri
e resistenti al mondo. E' costituito dal
99,8% di aria e dal 0,2% di diossido di
silicio (silice). E' un ottimo isolante
termico, resiste ad elevate temperature
e possiede enorme capacità di carico.
"Non esitono grandi scoperte
nè reale
progresso
finché
sulla terra
un
"Non
confondere
mai il
movimento
con esiste
l’azione"
bambino
infelice”
Ernest Hemingway – Scrittore
statunitense
Albert Einstein - Fisico tedesco
Nanotech: promesse e speranze
Le nanotecnologie rappresentano una vera
sfida per l'Uomo del Terzo Millennio.
Dal 1959 ad Oggi, sono stati fatti enormi
progressi nello studio e nello sviluppo delle
nanotecnologie.
Le potenzialità a riguardo sono infinite ma
occorre sensibilizzare la ricerca e la
legislazione affinché un utile strumento
tecnologico non si trasformi in un inutile
minaccia per l'ambiente.
Il nobile intento di produrre nanomacchine
capaci di operare direttamente all'interno del
corpo umano è ancora lontano dall'avverarsi.
Anche se le nanotecnologie sembrano aver
disatteso le aspettative di chi sognava un
mondo migliore, la rivoluzione è ancora
in atto, non ci resta che attendere...
... Il futuro è a portata di nano!
Alessandro Trifirò