Coherence 2024 - iiimb

Fröhlich sottolineò che il modello a elettroni liberi, un modello utilizzato nella fisica dello stato solido per studiare il comportamento degli elettroni nei metalli, dava risultati diversi a seconda che si considerassero delle particelle molto piccole o dei materiali di grandi dimensioni, e che questi cambiamenti si manifestassero sotto forma di effetti visibili. Stimò comunque che per ottenere questo si dovesse arrivare a particelle di dimensioni inferiori ai 10 nm, cosa che, a quei tempi, era possibile solo nella teoria.

Questi studi furono ritenuti interessanti e nei decenni successivi i fisici dello stato solido li approfondirono, sempre però rimanendo a un livello puramente teorico, fino agli anni 60, quando l’interesse per l’elettronica, e in particolare per micro e nano film, fece in modo che si cercasse di applicare questa teoria anche alla pratica, nell’idea di poter sviluppare nuove tecnologie. In particolare, furono osservati effetti quantistici in microfilm, tanto che negli anni 80 le osservazioni sperimentali di questi fenomeni erano ormai un dato di fatto scientifico.

Per passare però alle applicazioni nelle nanotecnologie su necessario dapprima passare per un contesto diverso e cioè quello della scienza dei vetri colorati.

Storicamente, era risaputo dai produttori di vetro che droganti come oro, argento, cadmio, zolfo e selenio potevano essere utilizzati per modificare le proprietà ottiche del vetro. Nel 1979 Alexei Ekimov iniziò a lavorare sui vetri drogati per poterne studiare approfonditamente la struttura e in particolare la struttura colloidale caratteristica dei vetri colorati, così come il meccanismo di crescita di queste particelle. Con i suoi collaboratori si accorse che le proprietà ottiche di questi vetri silicei addizionati con rame e cloro subivano delle variazioni in base alla temperatura in seguito alla formazione di sottili film di cloruro di rame e che inoltre sempre controllando la temperatura erano in grado di formare piccoli cristalli della stessa sostanza la cui grandezza variava in base alla temperatura. Ekimov attribuì queste proprietà agli effetti quantistici di cui si era teorizzato nei decenni precedenti.

Fu solo successivamente, nel 1983, però, che prove dello stesso tipo furono rilevate in nanoparticelle colloidali al di fuori dei vetri colorati, proprio da Louis Brus, che entra così nella storia dei quantum dots, il quale aggiunse alla lista degli effetti quantistici oltre al colore anche il potenziale redox.

Oggi la teoria quantistica e la tecnologia nanotecnologica si sono integrate tanto che un'applicazione importante della chimica quantistica è proprio certamente rivolta alle nanotecnologie.Le conoscenze macro a cui siamo abituati a riferirci si basano su valori medi degli indici o parametri studiati,è come percepire il canto di un coro senza possibilità di individuarne una componente magari stonata..Ma cosa avviene se ci trasferiamo ad un sistema cellulare con una cellula impazzita che innesca un processo degenerativo?

Ogni possibilità di prevenzione basata su quella singola cellula cade,a meno che non possiamo disporre di tecnologie interpretative che consentono di individuarla.Sempre riferiti alla medicina parliamo di nanotecnologie, nel caso di  delivery di farmaci. Si tratta di vettori solubili in acqua e le cui dimensioni ridotte ne permettono l'attraversamento del le principali barriere biologiche;inoltre opportunamente modificati, sono in grado di penetrare anche la barriera ematoencefalica, rivelandosi quindi particolarmente utili come nanocarrier di farmaci specifici, ad esempio, per malattie neurodegenerative come l’Alzheimer.

Vincenzo Valenzi 2, [21/09/2024 08:31]                           APRI FILE

Altre possibili applicazioni dei quantum dots a base di grafene si ritrovano nelle terapie contro il diabete mellito, nella radioterapia, nella lotta alla resistenza multifarmaco e altre ancora.Il loro potenziale accumulo di energia elettrochimica grazie alla loro ampia area superficiale specifica, dimensione regolabile, breve percorso di trasporto di ioni/elettroni, non tossicità, basso costo, fotoluminescenza regolabile e facile funzionalizzazione della superficie ha inoltre aperto la strada al possibile utilizzo dei nano dots nel campo delle energie rinnovabili e in particolare nello stoccaggio e nella conversione di energia solare. Le dimensioni ridotte e l’ampia area superficiale li rendono adatti come materiali utilizzabili negli elettrodi delle batterie Litio-Zolfo, mentre la capacità di accumulare grandi quantità di carica fa si che siano interessanti da utilizzare nei super condensatori o ancora nel processo fotocatalitico di conversione dell’acqua in idrogeno tramite l’energia solare.

Insomma, le applicazioni, presenti o future, già accertate o forse possibili, dei quantum dots sono molteplici e spaziano in campi anche molto diversi fra loro, dalla medicina pura ai dispositivi che quotidianamente utilizziamo per guardare una serie tv o un film. Quando si parla di meccanica quantistica, troppo spesso si tralasciano gli aspetti più pratici per entrare nel campo del teorico, persino del filosofico, ma i quantum dots sono la dimostrazione che anche aspetti della scienza apparentemente senza alcun fine pratico possono invece essere determinanti nello sviluppo di nuove tecnologie all’avanguardia. E valere un Nobel..