LA “NANO – SCIENZA”: Nano Tecnologie e Chimica Colloidale
(Breve Sintesi della innovazione scientifica delle dimensioni e forme nano-metriche)
di Paolo Manzelli Chimico Fisico UniFi , Presidente di Egocreanet
L’ Oro cosi come l’ Argento o il Rame ed altri metalli in forma di sospensione colloidale sono noti fin dall’ antichita’ come rimedi terapeutici (Elisir di Lunga vita) in quanto energizzanti e anti infiammatori ed analgesici, realmente utili per rallentare i processi di degenerazione superficiale delle cellule con conseguente con effetto terapeutico ringiovanente della pelle
L’Oro l’ Argento il Platino ed altri metalli colloidali sono ancora oggi in commercio medicamenti topici con specifiche qualità terapeutiche di analgesici in grado di lenire i dolori articolari che si manifestano come artriti, artrosi e reumatismi. Tali colloidi sono miscele costituiti da ultra-micro particelle solide, con diametro sub-micrometrico compreso tra 01 e 200 nm, disperse in un gel ( es Gelatina di Pesce) ed anche in acqua. .
Inoltre è ascrivibile come precursore della moderna “Nano-Scienza” la Fotografia in “ Bianco e Nero” che durante il 1800 ha avuto il suo sviluppo sulla base di prodotti colloidali ottenuti dalla reazione fotochimica ottenuta nella precipitazione di particelle nano-metriche ( tra 100 e 1000 nm) del metallo Argento prodotto da una miscela omogenea di Gel-fotografico e Sali di Argento ( il Foto-gel è ottenuto da Collagene delle cartilagini animali)
Piu’ di recente a partire dalla Scoperta del Grafene del 22 Ott./2004 , due giovani ricercatori russi , emigrati a Manchester, Andrej Gejm e lo studente Konstantin Novosëlov, ottennero la esfoliazione di strutture nano-metriche sfaccettando, con il semplice metodo di stappo con il nastro adesivo (Scotch) , strati ultra sottili “Grafene” ottenuti da un lapis di grafite . In seguito allo loro scoperta essi furono sorpresi dal netto cambiamento delle proprieta’ chimico fisiche del grafene costituito da uno strato quasi bidimensionale di una rete di esagoni di atomi di carbonio, che presenta una alta resilienza come miscela tra la durezza teorica del diamante e la flessibilità versatile della plastica , la quale ne determina la importante proprieta’ di conduttore di Ond//Particelle Quantiche. le quali possono assumere comportamenti di natura elettromagnetica-quantica, tra loro opposti come : impedire il flusso di elettroni, agendo da isolante, oppure invece far fluire la corrente elettrica senza opporre resistenza, agendo da superconduttore.
Per questa scoperta della transizione tra Grafite i Giovani Ricercatori Russi ricevettero il Nobel per la Fisica nell’anno 2010.
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Oggigiorno la NANO-SCIENZA e in grande evoluzione sia teorica dove la tendenza alla diminuzione della scala nano-metrica conduce alla scoperta di nuove Proprieta Scientifiche Quantiche, che sono insolite perche agiscono nel settore dalla comunicazione della luce e del suono m viste in relazione alla modificazione delle tradizionali caratteristiche della “Scienza Macrosopica Classica” precedentemente affermatasi come “Scienza “ comunemente intesa e diffusa.
In particolare, Nano-Particelle (NP) inorganiche, di dimensioni variabili di pochi (nm), attraggono un interesse sempre crescente a causa della possibilita’ di modulare la Nano-scalabilita’ di nuove originali proprietà chimico-fisiche a riguardo della interazione con la conduzione della luce e del suono , migliorando in tal guisa le propriete , optoelettroniche e chimico-catalitiche degli NP inorganici, in dipendenza alla loro forma geometrica e della significativa decrescita delle dimensioni .
In particolare le proprietà di colloidi metallici di particelle nano-metriche di Oro, Argento e Rame ecc.. assumono proprieta innovative fondamentelmente differenti a quelle dei loro materiali massivi di dimensione microscopica.
Le NP di particelle metalliche colloidali agiscono infatti da semiconduttori nano-metrici, in quanto aumentano progressivamente il gap tra l’energia della banda di valenza e quella della banda di conduzione con il diminuire progressivo delle dimensioni. La Nano-scalabilita verso dimensioni inferiori ai 100 nm comporta un significativo spostamento a più alta energia delle transizioni elettroniche, sia in assorbimento che in emissione. in quanto ad es. sali di sistemi Nano-colloidali presentano originali assorbimenti come plasmi, capaci di esercitare vibrazioni risonanti che sono ascrivibili all’oscillazione degli elettroni di conduzione in spazi “confinati” da intorni costrittivi che divengono correlabili alle caratteristiche della variazione forma delle NP-inorganiche , considerati in relazione alle mutue interazioni e agli specifici contorni fisico-chimici sperimentati.
Tra le proprietà di costrizione esterna collegate a questi fenomeni si possono associare alla variazione della temperatura di fusione, che diminuisce significativamente nelle NP metalliche come proprieta’ innovativa cosi come qualla della semiconduzione elettrica e magnetica, le quali variano in maniera drastica in questi regimi di confinamento della NP metalliche , in dipendenza della loro variazione della forma e della dimensione .
Le moderne strategie di tipo colloidale offrono pertanto la possibilità di fabbricare NP di materiali inorganici dispersi in solventi organici in un ampio intervallo di composizioni, quali ossidi, metalli e metalloidi , mediante un accurato controllo delle loro dimensioni, e della variazione della forma geometrica, sia in fase cristallina che di superficie, . Questi sistemi di costruzione colloidale di materiali colloidali sono ottenuti agendo su tutti i suddetti parametri critici esterni di costrizione della dimensione forma nano-metrica .ed indirizzati al fine di modulare le proprietà finali di tali nano materiali colloidali..
Il controllo delle dimensioni è ottenibile grazie a modi di verifica della fase di nucleazione e successiva crescita della cristallizzazione delle NP inorganiche, durante la precipitazione di cristalli la quale viene realizzata attraverso la modulazione della temperatura e pressione e/o della modalità di introduzione e catalisi della stimolazione della nucleazione . Per il controllo della geometria possono essere applicate diverse metodologie in funzione della composizione delle NP inorganiche che si intendono ottenere.
L’evoluzione della forma delle NP è guidata da un accurato controllo dell’ambiente chimico come ad es un ruolo significativo può essere svolto dall’interazione preferenziale dei tensioattivi irrorati su specifiche facce ultra micro-dimensionali della crescita dei nano-cristalli in modo da limitare la crescita cristallina in quelle direzione voluta della forma delineando cosi’ le caratteristiche delle architetture delle NP inorganiche risulanti.
Altri metodi di controllo di forma e dimensione dei Cristalli Inorganici NP possono essere ottenute mediante procedure di organizzazione dei nano-oggetti da miscele in acqua o altri solventi , tramite un processo di evaporazione lenta della soluzione; lo strato superficiale risultante è determinato dalle complesse interazioni idro-fobiche//Idrofile tra NP-inorganico ed il solvente , che nel loro complesso incentivano una spontanea organizzazione in super-reticoli di cristallizzazione che possegono alte qualita di conduzione della luce e del suono.
La organizzazione di queste super reti colloidali consente l’ulteriore manipolazione del loro coordinamento con la incorporazione con altri nano-materiali polimerici la quale crea nuove funzionalita tecnologiche ormai in grande espansione , che vanno a colmare il gap tra nano- e macro-scala, in modo da utilizzarne la innovazione delle originali proprietà in sistemi e dispositivi per applicazioni in diversi ambiti transdisciplinari , tra cui la conversione dell’energia, l’ambiente e la biomedicina.
NANO –PARTICELLE COLLOIDALI : http://chim.it/sites/default/files/chimind/pdf/2018_4_50_ca.pdf
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Infine e importante sapere che l’ Europa ha lanciato il Progetto “Graphene Flagship” in vista delle possibili applicazioni biologiche dei nano tubi di carbonio-
I nanotubi sono nano-particelle in cui un tubo è costituito da Grafene ( che possono essere realizzati anche da strati arrotolati di reti di anelli esagonali di Carbonio) e che inoltre possono essere e chiusi alle estremità da due calotte dette di “emi-fullerene” I nano tubi possono comportansi da nano filamenti cavi di dimensioni di (01.05- nm) che e seconda delle loro organizzazione possono presentare alternativamente caratteristiche isolanti o di super conduttori capaci di trasportare nano correnti elettromagnetiche di luce e di suono ad elevata resa e velocita di trasferimento rispetto ai cavi ultra microscopici di rame, i quali possono deteriorarsi e fondere..I nano tubi infatti sono meccanicamente molto più resistenti dell’acciaio,mentre contemporaneamente sono piú leggeri di fogli di nano-alluminio poiche’ sono eccezionalmente flessibili ed inoltre quando assoggettati a distorsioni ed infine presentano la memoria di forma ritornando piu’ volte nella geometria precedente alla distorsione .Nelle applicazioni biologiche i nanotubi possono contenere e proteggere assieme e gas di Argon o Idrogeno alcune sezioni genetiche di DNA e di RNA per molte successive applicazioni delle moderne terapie genetiche
EU. Graphene Flagship : https://fisiciaroundtheworld.wordpress.com/2013/03/12/graphene-flagship-ed-altri-superprogetti-europei/GRAPHENE
In conclusione di questa “Sintesi sulla NANO – SCIENZA “ abbiamo messo in chiara evidenza come la moderna innovazione tecnologica conduca alla necessita impellente di modificare le ormai obsolete concezioni della Scienza Classica Macroscopica rivedendole teoricamente e tecnologicamente nella nuova dimensione transdisciplinare della “Moderna Scienza Quantica”.
Nano-Bio.Chimica Proteica : https://www.edscuola.eu/wordpress/?p=150196
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