Premio Nobel 2016 per la chimica: le nanotecnologie come scienze del futuro

Il premio Nobel 2016 per la chimica è stato assegnato ai tre scienziati: Jean-Pierre Sauvage dell’Università di Strasburgo, Fraser Stoddart dell’ Università di Northwestern in Illinois e Bernard Feringa dell’Università di Groningen nei Paesi Bassi. Ai tre va il merito di aver progettato e sintetizzato macchine molecolari di dimensioni nanometriche, ovvero mille volte più sottili di un capello.

Nello specifico si tratta di nano-macchine controllabili dall’uomo in quanto in grado di convertire l’energia chimica in forze meccaniche e movimento. Tali sistemi potrebbero essere utilizzati per la realizzazione di molteplici dispositivi come motori, razzi, ascensori, e muscoli artificiali, tutti un bilione di vote più piccoli di un metro, quindi invisibili ad occhio nudo.

Si tratta quindi dello sviluppo di nuovi sistemi applicabili ai più svariati campi, da quello medico a quello elettrico. La realizzazione di queste macchine innovative rientra nell’ambito delle nanotecnologie, ovvero quelle che sono sempre di più considerate essere le tecnologie del futuro.

Con la parola nanotecnologie si intende il confinamento di sistemi funzionali su scala molecolare. Uno dei primi a parlarne fu Richard Feynman il quale, già nel 1959, durante l’incontro annuale dell’ American Physical Society, introdusse il concetto di nanotecnologie come campo di ricerca importante per le scienze future .

In quell’occasione, Faynman si rivolse alla sua platea dicendo:” Non so come tutto ciò potrebbe essere praticamente realizzato su piccola scala, ma quello che so è che le macchine di calcolo sono così grandi da riempire le stanze, allora perché non realizzarle di dimensioni molto ma molto piccole, con piccoli fili e piccoli elementi?”

A distanza di circa sessant’anni si può dire che le nanotecnologie si sono ampiamente sviluppate in campo ingegneristico, robotico, medico, delle comunicazioni, chimico, fisico e biologico, fino all’ assegnazione del premio Nobel a tre importanti progetti che vedono la realizzazione pratica di macchine meccaniche confinate a sistemi molecolari.

I vincitori del premio Nobel sono stati proclamati a Stoccolma da Göran K. Hansson, segretario permanente della Royal Swedish Academy of Sciences, durante il terzo giorno dei premi Nobel.

Nel 1983 Sauvage mise a punto una nuova sintesi per la realizzazione di filamenti costituiti da molecole a forma d’anello le une incatenate nelle altre grazie all’utilizzo di ioni rame. Sauvage fu innovativo non solo nella modalità di sintesi ma anche nel realizzare una catena nella quale, fornendo energia, era possibile controllare il movimento degli anelli.

Successivamente, nel 1999, Stoddart e il suo gruppo di ricerca realizzarono una macchina nanometrica costituita da un anello molecolare povero di elettroni inserito in un asse ricco di elettroni. Fornendo calore a questo sistema era possibile controllare il movimento dell’anello lungo l’asse. Con questo meccanismo, denominato rotaxano, Fraser fu in grado di realizzare:

-un minuscolo montacarichi capace di sollevarsi 0,7 nanometri da terra.

– un chip nanometrico per computer con memoria di 20 kB.

– un muscolo artificiale capace di piegare piccolissime lamine di metallo.

Feringa, nello stesso anno, realizzò il primo motore nanometrico mettendo a punto un meccanismo basato sui raggi ultravioletti in grado di costringere molecole in soluzione a ruotare tutte nella stessa direzione lungo un perno centrale anziché muoversi in maniera caotica. Nel 2014 il motore fu ulteriormente perfezionato raggiungendo una velocità di 12 milioni di giri al secondo.

Il premio Nobel per la chimica va a questi tre scienziati in quanto, con il loro lavoro, hanno fornito tre macchine molecolari il cui funzionamento si basa su differenti tipi di meccanismi. Questi sistemi, estremamente innovativi, potrebbero essere capaci di guidare i più svariati processi a livello nanometrico, gettando così le basi per nuove tecnologie all’avanguardia.