giovedì, 19 aprile 2018

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Nanotecnologie News

Formazione & Divulgazione

Scienze della vita

Le Scienze della vita sono un’area dove le nanotecnologie hanno avuto la maggior promozione, soprattutto in virtù di promesse molto forti quali la cura del cancro e delle infezioni più gravi fino alla conquista dell’immortalità. Ma è anche l’area dai confini più sfocati e questo aspetto è determinato dal fatto che la natura opera principalmente su nanoscala. Quindi è una peculiarità inevitabile, benché siano già noti importanti risultati quali la struttura chimica del DNA o di alcune macchine molecolari. Le nanoscienze avranno un grosso impatto non solo sulle scienze biologiche, ma anche sulla medicina e l’agricoltura. Gli scienziati troveranno le soluzioni alle nuove sfide tecnologiche partendo dalla comprensione dei complessi meccanismi che hanno determinato l’evoluzione degli organismi viventi nel corso di milioni di anni.

MEMS

MEMS (Micro Electro Mechanical System) stanno dando un grosso slancio alle scoperte in campo biologico. A farla da padrone in questo campo sono i Lab on a chip. Essi sono dei dispositivi di microfluidica in grado di identificare la presenza di particolari geni o proteine a partire da piccole quantità di campioni biologici. Svolgono le analisi in modo rapido, automatico ed anche contemporaneamente per più campioni. Le loro dimensioni molto contenute li rende maneggiabili e trasportabili ovunque. Vengono prodotti con tecniche mutuate dall’industria elettronica e per tale motivo beneficiano di bassi costi dovuti alla produzione di massa. Constano di una sezione dedicata alla microcircuiteria di gestione del dispositivo e di una sezione dedicata al controllo ed all’analisi dei fluidi per mezzo di microcanali e di sensori.
Le varie sezioni del Lab on a chip stanno passando gradualmente dalla scala micro alla scala nanometrica.

Nanoparticle Tagging

Le nanoparticelle sono di dimensioni talmente piccole da comportarsi come dei punti quantici (quantum dots), ovvero a seconda delle dimensioni e del materiale di cui sono costituite emettono luce di un ben determinato colore. Se si attaccano a molecole di varia natura nanoparticelle di colori diversi si riesce a determinare la presenza nello stesso campione delle differenti specie biologiche. In maniera molto simile, si possono attaccare alle molecole da riconoscere nanobastoncini che differiscono per strisce di metalli diversi posti sulla superficie esterna. Il meccanismo di riconoscimento è molto simile a quello utilizzato per i codici a barre.

Materiali Nanostrutturati

Lo sviluppo di materiali nanostrutturati in combinazione con la diffusione di display a cristalli liquidi e di recettori chimici rende possibile la realizzazione di badge che svolgono la funzione di biodetector. Gli impieghi possono avvenire nei luoghi più disparati, ma sono principalmente usati per l’immediata rilevazione di specie chimiche pericolose in ambienti ad alto rischio.

Individuazione di una singola molecola

Parecchi gruppi di ricerca stanno lavorando sulla possibilità che un punto quantico (quantum dot), se opportunamente funzionalizzato, emetta un singolo fotone in presenza di una molecola specifica. L’obiettivo finale è la costruzione di un dispositivo in grado di rilevare la presenza di una singola molecola all’interno della sostanza da analizzare. Le nanotecnologie stanno accelerando il raggiungimento dell’obiettivo, permettendo il conseguimento dell’elevata sensibilità richiesta e mantenendo i costi di realizzo relativamente bassi.

Rilascio dei farmaci

Per evitare gli effetti collaterali di cure molto invasive, come i trattamenti contro le cellule tumorali, è necessario rilasciare i farmaci in maniera mirata solo sulle cellule da curare senza interessare quelle sane. Le nanocapsule ed i materiali nanoporosi, se combinati con gli anticorpi delle cellule cancerogene, potrebbero portare a diretta destinazione i farmaci in questione, dopo essere stati immessi nel torrente sanguigno.

Nanoparticelle contro le infezioni

Le nanoparticelle di alcuni materiali sono particolarmente efficaci nella lotta contro le infezioni, i virus, i batteri e le muffe. Questo ha portato la realizzazione di bende, garze, cerotti, creme e spray che contenendole sono particolarmente efficaci nella prevenzione e nella cura di questi patogeni.

Nanotubi di Carbonio

Non passa quasi giorno che non si scoprano nuovi impieghi dei nanotubi di Carbonio. Il loro diametro nanometrico li rende particolarmente adatti per prelevare il nucleo in una cellula ed inserirlo in un’altra. In altre parole, svolgendo la funzione di un nano ago permettono la clonazione di materiale biologico. Si sta studiando il loro uso anche come strumenti per rilasciare in maniera molto precisa dosi infinitesimali di farmaci.

Protesi nanoingenierizzate

Ridare la vista ai ciechi o l’udito ai sordi è senz’altro uno degli obiettivi più ambiziosi di questo ramo della ricerca. Tuttavia appare un obiettivo raggiungibile sul medio/lungo periodo. In contrapposizione la realizzazione di protesi bioattive, ovvero realizzate in un materiale biocompatibile che consente una rapida riuscita dell’impianto ed una più lunga durata nel tempo, sono già una realtà dei giorni nostri.

Manipolazione cellulare

Riuscire a manipolare le cellule in maniera relativamente semplice è senz’altro uno dei fattori critici del successo, ad esempio, non solo per consentire la ricrescita o la rimarginazione di un assone nervoso danneggiato da un trauma, ma anche per migliorare le ricostruzioni in chirurgia plastica.
Per compiere queste nano operazioni la scienza è ancora distante dalla realizzazione e dall’impiego di nanorobot. Molto promettenti risultano invece le ricerche per realizzare dei nano arti meccanici in grado di manipolare campioni biologici delle dimensioni di una cellula.

Agricoltura

La capacità di modificare geneticamente gli organismi viventi avrà un grosso impatto soprattutto nel campo dell’agricoltura. Già da anni si coltivano con successo piante e vegetali derivanti da sementi geneticamente modificate, ma le nanotecnologie non si fermano solo alle applicazioni finora sviluppate. Infatti, sempre più frequentemente sono presenti nel campo dell’industria di trasformazione dei prodotti agricoli fornendo strumenti e dispositivi di analisi e processo sempre più sofisticati.

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