Le nanotecnologie potrebbero offrire e già offrono delle soluzioni in molti campi tecnologici.
Si deve sottolineare altresì come, la nanotecnologia per la sua innata natura interdisciplinare,
coinvolge settori e ricercatori dei campi di ricerca più svariati.
In questa breve sezione provvederemo a fornire un sommario sulle
attuale applicazioni della nanotecnologia e delle nanoscienze.
In generale è decisamente difficile fornire un sommario esaustivo sull'argomento considerando la vastità della materia.
Ci soffermeremo sui tre principali settori della nanotecnologia che si considera preminenti, ovvero:
-Materiali con una dimensione nanometrica lamellare, film ultrasottili e superfici di rivestimento;
-Nanomateriali in due dimensioni: nanofili e nanotubi;
-Materiali con tre dimensioni nanometriche: nanoparticelle, quantum dots, punti quantici. Di questa categoria fanno parte anche i materiali nanocristallini con grani di dimensioni nanometriche.
Due sono i fattori principali (come spiegato nella pagina
introduttiva della nanotecnologia):
L'incremento della area superficiale e l'effetto di confinamento quantico.
Questi fattori sono quelli che determinano non solo l'aumento delle
caratteristiche meccaniche ma anche l'insorgere di proprietà ottiche ed
elettroniche del tutto nuove, chiaramente sfruttabili per varie
applicazioni.
Nanomateriali in una dimensione:
Di questa categoria fanno parte materiali quali superfici sottili e
"superfici tecnologiche".
In realtà cadiamo in una categoria di materiali studiati da tempo con
applicazioni nel campo dell'elettronica e rivestimenti tecnologici
superficiali; pertanto è un campo di ricerca e applicazione delle
nanotecnologie già ben strutturato.
Nanomateriali in due dimensioni:
Nanotubi e nanofili.
Per i nanotubi di carbonio si può consultare la sezione
nanotudi di carbonio di www.nanocompositech.com.
Nel caso dei nanotubi inorganici si può consultare il sito della nanonatural azienda americana che fa ricerca e commercializza Halloysite nanotubes ovvero nanotubi "ceramici" che si trovano nelle miniera dello Utah, con diametro di pochi nanometri e altissimo rapporto lunghezza diametro.
Nanofili
I
Nanowires sono fili o cavi nanometrici formati da punti quantici che si
autoassemblano a formare una struttura lineare
Possono essere costituiti da diversi tipi di materiali. Nella nanotecnologia dei semiconduttori si sintetizzano nanowires di silicio, nitruro di gallio e fosfuro di indio che hanno dimostrato di avere rimarchevoli proprietà ottiche elettroniche e magnetiche.
Nanomateriali nelle tre dimensioni:
Nanoparticelle:
Fullerene (carbonio 60):Terza forma cristallina del carbonio scoperta
nel
1986.
Dendrimeri molecole polimeriche di forma sferica, hanno una struttura
tridimensionale piuttosto che lineare o reticolato dei polimeri
tradizionali.
Punti quantici: per avere delle informazioni esaustive consultare
evidentech.com quantum dots
companies con tante informazioni ed esempi di applicazioni.
Nanomateriali e Applicazioni nanotecnologiche
Elencheremo brevemente le applicazioni attuali e future nel campo delle nanotecnologie dei nanomateriali precedentemente elencati.
-Nanoparticelle ed industria cosmetica(e.g filtri solari: sfruttano le proprietà assorbenti delle nanoparticelle);
-Nanocompositi: nanocariche silicati lamellari (clay nanocomposites) e nanotubi di carbonio possono essere utilizzate come rinforzi non solo per aumentare le proprietà meccaniche dei nanocompositi ma anche per impartire nuove proprietà (ottiche, elettroniche, magnetiche).
-Nanocoating: rivestimenti superficiali di dimensioni nanometriche possono essere utilizzati per migliorare la resistenza all'usura e antigraffio anche con proprietà ottiche o idrorepellenti. esempio.
-Utensili: utensili (e.g per frese ed altre macchine utensili) costituiti da nanocompositi a matrice metalliche e ceramici: carburo di tungsteno, carburo di tantalio e carburo di titanio più resistenti alle sollecitazioni, maggiormente precisi e di maggiore resistenza all'usura.
-Vernici altamente tecnologiche con nanoparticelle metalliche per incrementare ed eventualmente impartire nuove proprietà ottiche ed elettroniche.
-Displays (schermi e TV): una applicazione che vedremo molto presto e quella della nuova generazione di schermi che usano i nanotubi di carbonio come dispositivi di emissione di elettroni (FED field-emission displays).
-Celle a combustibile: membrane nanostrutturate che ne incrementino l'efficienza.
-Usando le tecniche e conoscenze della nanotecnologia si potrebbero e tuttora si producono batterie più leggere e più efficienti.
-Nanoparticelle usate come additivi nei carburanti.
Altre applicazioni delle nanotecnologie
-Nanosfere nei lubrificanti che agiscano come una sorta di of nanocuscinetti a
sfere;
-Materiali nanostrutturati magnetici utilizzabili nel data storage.
-Membrane nanostrutturate per la purificazione delle acque.
Nanoelettronica (information and comunication technology)
In qualche modo, l'elettronica è stata la vera forza trascinatrice della
nanotecnologia per la sua intrinseca ricerca nel campo della miniaturizzazione
dei dispositivi.
In questo campo la vera sfida e di spingersi ancora più giù nelle scale
dimensionali cercando di comprendere le nuove leggi fisiche che reggono la
fisica delle nanostrutture nell'obiettivo di realizzare dispositivi più piccoli,
più potenti e che necessitino di meno energia per il loro funzionamento.
Applicazioni.
Attualmente le applicazioni riguardano:
La Biologia è di per sè nanobiotecnologia poichè si occupa di studiare le
molecole e i processi biologici che di fatto avvengono su scala nanometrica.
I sistemi biologici sono infatti da considerarsi come perfetti dispositivi
nanostrutturati.
Le biomolecole posseggono una morfologia altamente specifica con
funzioni altamente complesse e dettagliate che in qualche modo costituiscono il
modello a cui le nanotecnologie debbono rifarsi.
In questo campo le potenziali applicazioni potrebbero effettivamente rivoluzionare il mondo della medicina nel campo della diagnostica e della farmaceutica.
-Drug delivery systems (farmaci a rilascio controllato specifico)
Una delle applicazioni più importanti potrebbe essere quella dello studio di farmaci dal rilascio controllato (nel tempo) e che rilascino il principio attivo esattamente dove serve (nelle cellule o organi che ne necessitano). È evidente la portata di una tale applicazione.
La grande sfida è proprio questa quella di farmaci che aumentino al massimo la propria efficienza diminuendo per contro gli effetti indesiderati.
-Dispositivi di diagnostica
Le nanotecnologie sono già utilizzate in questo settore: l'uso dei quantum dots
o di molecole sintetiche traccianti per immagini diagnostiche è già in atto di
studio da tempo.
In questo contesto è stato studiato l'utilizzo di molecole proteiche fluorescenti, che usino dispositivi ottici che permettano di investigare processi biologici in maniera non invasiva.
-Electronics information and communication technology e nanotecnologia
Quest'area, potrebbe sembrare un po' estranea alla nanobiotecnologia ma non lo è in virtù del fatto che molecole intelligenti potrebbero essere integrate in dispositivi elettronici e quindi entrare nel campo delle applicazioni ICT ( si pensi alle ricerche sull'uso di transistor a base biologica).
Per questi ad altri obiettivi bisognerà continuare sulla strada dello studio della comprensione delle proprietà elettroniche e funzionalità delle bio molecole con particolare riferimento ai meccanismi di di scambio elettronico e di cariche elettriche che coinvologno sistemi biologici e ioni metallici nonchè lo studio approfondito delle proprietà dei nanotubi in carbonio, altro nanomateriale che promette di rivoluzionare il campo dell'elettronica.
Si consiglia caldamente di consultare il reports sugli sviluppi futuri in campo biomedico a questo link Health Nanotechnology reports del Nanoroadmap project .
