Ultra-nanoscala, i mille punti di contatto tra fisica classica e quantistica | Ingegneri.info

Ultra-nanoscala, i mille punti di contatto tra fisica classica e quantistica

Uno studio scientifico di un team italo-americano svela nuovi possibili sviluppi tecnologici e medici per la ricerca sulle molecole infinitesimali

Molecole per l'ultrananoscala
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La nanoscala rappresenta ciò che ha dimensioni comprese tra il nanometro – 10−9 m; grandezze poco più che atomiche – e i 100 nanometri – i virus, ad esempio -. La nanoscala diventa ultra-nanoscala nella propria parte più infinitesimale: da 1 a 5 nanometri (il filamento a doppia elica del DNA, per intendersi, ha un diametro di 2 nanometri). Qui le leggi della fisica classica iniziano a confondersi con quelle della fisica quantistica.

Una recente ricerca del dottor Alessandro Grattoni – laureato e dottorato al Politecnico di Torino e direttore del Dipartimento di Nanomedicina dello Houston Methodist Research Institute (HMRI) – si è focalizzata proprio sull’ultra-nanoscala, con risultati sperimentali inattesi e concomitanti possibili sviluppi tecnici di grande interesse.

Ultra-nanoscala: un reame ibrido

Lo studio di Grattoni è stato pubblicato il 27 aprile 2018 sulla rivista scientifica Nature Communications. Il lavoro è stato svolto insieme a ricercatori del Politecnico di Torino e della Rice University di Houston (Texas).

Per il Politecnico hanno partecipato al team: Giacomo Bruno, dottore di ricerca congiunto tra il Politecnico di Torino e HMRI; Nicola Di Trani, laureato in Ingegneria Biomedica; Giancarlo Canavese del Dipartimento di Scienze Applicate e Tecnologia; Danilo Demarchi del Dipartimento Elettronica e Telecomunicazioni. Un italiano anche nelle fila della Rice University: ha contribuito il professor Alberto Pimpinelli del Department of Materials Science and NanoEngineering e Rice Quantum Institute.

Grattoni e collaboratori si sono focalizzati su nanocanali sempre più piccoli, fino a spingersi all’ultra-nanoscala. In quest’ordine di grandezza le molecole e gli atomi interagiscono tra loro, secondo modalità ancora non del tutto chiare. Il team di ricerca ha scoperto un fenomeno di trasporto molecolare precedentemente sconosciuto e inaspettato: nell’ultra-nanoscala la diffusione delle molecole si riduce di ben 10-100 volte. Non solo: molecole neutre – dotate delle infinitesimali dimensioni in oggetto – attraversano nanocanali di silicio secondo un processo diffusivo proprio delle molecole dotate di carica elettrica.

Ultra-nanoscala: applicazioni

Il nuovo fenomeno di trasporto – non previsto dagli attuali modelli matematici – potrebbe avere grande applicabilità nell’ambito di attività per cui è richiesta massima precisione nella separazione di molecole o ioni: desalinizzazione dell’acqua, analisi di fluidi organici, biobatterie.

In campo medico le possibili applicazioni sono altrettanto variegate. Il dottor Grattoni e il dottor Mauro Ferrari – luminare delle nanotecnologie applicate alla medicina -, coadiuvati anche dai ricercatori del Politecnico di Torino, stanno sviluppando dispositivi impiantabili –  dotati di nanocanali – per il rilascio di farmaci. La precisione nel rilascio della dose richiesta sarebbe assoluta. Ciò garantirebbe una miglior risposta nel trattamento di gravi patologie come il cancro al seno e di condizioni più comuni come l’ipertensione.

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