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L A R IVOLUZIONE DELLE N ANOTECNOLOGIE Alessandro Trifirò Tesina multidisciplinare Classe: V A Chimica Serale Anno Scolastico: 2010/2011 ITIS E. Molinari.

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1 L A R IVOLUZIONE DELLE N ANOTECNOLOGIE Alessandro Trifirò Tesina multidisciplinare Classe: V A Chimica Serale Anno Scolastico: 2010/2011 ITIS E. Molinari - Milano Il Futuro a portata di Nano

2 Ci sono tante cose tra cielo e terra che solo i poeti si sono sognate e hanno cantato 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, m = 0,1 x m

3 Son sabbia i minuti, spensierato mortale, da non lasciar scorrere senza cavarne oro! Charles Baudelaire – Poeta Francese Coppa di Licurgo – IV secolo d.C. British Museum - Londra Oro colloidale Particolare di una vetrata di Notre-Dame - Parigi 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.

4 Per quanto sia grande il mondo e diverse siano le genti, a tutti piacciono il sale e largento 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. Da sinistra: Immagine SEM di nanopolveri d'argento. A seguire: Test di crescita dellEscherichia Coli JM101 AMERSHAM su campioni di cotone a) puro al 100% b) trattato con argento c) impregnato con lantibiotico kanamicina. a)b) c) Gli ioni argento distruggono i microrganismi allistante, bloccando il sistema respiratorio enzimatico, alterando il DNA microbico e la parete cellulare.

5 Cè un solo modo di dimenticare il tempo: impiegarlo Charles Baudelaire – Poeta francese a)b) c) NanoTimeline

6 "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 Nel suo incisivo discorso, teorizzò la possibilità futura di operare sulla materia a livello atomico, lanciando una vera sfida ai giovani scienziati.... 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 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.... Richard P. Feynman

7 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. 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. Eric K. Drexler

8 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 nome trae la sua origine dalle cupole geodetiche predilette dall'architetto Richard Buckminster Fuller, che ne ricordano la forma. Il 4 settembre 1985, Richard E. Smalley ed Harold Kroto, scoprirono una nuova forma allotropica del carbonio (C): il C 60, detto anche fullerene. Il Fullerene, è composto da 60 atomi di carbonio legati insieme per formare unagabbia molecolare, simile ad un pallone da calcio.

9 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

10 Dunque luomo 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 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. Nel 1991, Sumio Iijima, ricercatore giapponese della NEC, isola e studia i primi nanotubi di carbonio.

11 La disciplina deve cominciare dallalto 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 auto- assemblaggio molecolare.

12 "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 registra la variazione ed elabora un profilo digitale della struttura atomica. L'STM può essere impostato in modalità manipolazione: variando l'intensità di corrente è possibile catturare un atomo e spostarlo in altro sito.

13 "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.

14 "Non confondere mai il movimento con lazione" Ernest Hemingway – Scrittore statunitense Supermolecole in azione Supermolecole in azione Sunny, primo nanomotore ecologico realizzato dall'equipe del Prof. Vincenzo Balzani dell'Università di Bologna. Meccanismo d'azione di un Rotaxano. 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.

15 "Una teoria può essere provata da un esperimento. Ma nessun percorso guida dallesperimento alla nascita di una teoria" Albert Einstein – Fisico Tedesco UHPLC: Nanoparticelle all'opera 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 fused- core), 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.

16 "Non confondere mai il movimento con lazione" Ernest Hemingway – Scrittore statunitense Nano-letteratura "Il vero problema dello scrivere non è tanto di sapere ciò che dobbiamo mettere nella pagina, ma ciò che da questa dobbiamo togliere Gustave Flaubert – Scrittore francese 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. L'era del diamante. Il sussidiario illustrato della giovinetta, Cyber romanzo di Neal Stephenson ampiamente dedicato alla nanotecnologia. Primo Levi, chimico e scrittore italiano, intuì l'importanza delle nanotecnologie. In Storie Naturali del 1966, sono presenti alcuni racconti, il cui protagonista è unmimete, fantomatica macchina capace di duplicare ogni cosa.

17 "Non confondere mai il movimento con lazione" Ernest Hemingway – Scrittore statunitense Nano-Art "Un'opera d'arte è un angolo della creazione visto attraverso un temperamento Émile Zola – Scrittore francese 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. 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. 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.

18 "Non confondere mai il movimento con lazione" Ernest Hemingway – Scrittore statunitense Nano-lex sine lege "Tutte le leggi umane, non quelle divine, sono il risultato di uno sforzo di uomini. Altri uomini vengono, modificano, aboliscono, perfezionano. Non ci vuole nulla ad abolire. Distruggere è facile, ma ricostruire è difficile Benito Mussolini – Politico italiano 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.

19 "Non confondere mai il movimento con lazione" Ernest Hemingway – Scrittore statunitense "Il futuro influenza il presente tanto quanto il passato Friedrich Nietzsche - Filosofo e scrittore tedesco Friedrich Nietzsche - Filosofo e scrittore tedesco Nanotecnologia nel quotidiano Nanoparticelle di biossido di titanio (TiO 2 ) 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. 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. 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.

20 "Non confondere mai il movimento con lazione" Ernest Hemingway – Scrittore statunitense "Non esitono grandi scoperte nè reale progresso finché sulla terra esiste un bambino infelice Albert Einstein - Fisico tedesco 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


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