Quanti di voi hanno mai fatto finta di sapere profusamente di un argomento, senza averne in realtà la più pallida idea? Alzate pure la mano, magari qualche integerrimo lo abbiamo, ma qualche volta è capitato a tutti.
Ad esempio, parlando magari di vaccini, può essere che siano usciti fuori i quantum dot. Qualcuno li ha già sentiti nominare? Si? Ebbene, per piacere, lasciategli il loro nome inglese ed evitate di italianizzarlo. Punto quantico non si può sentire, con buona pace di Wikipedia. Se proprio volete chiamateli nanoparticelle
In realtà il nome di nanoparticelle è sufficientemente evocativo per capire la cosa principale, ovvero le dimensioni nanometriche. Il fatto che siano così piccoli, gli fornisce dei comportamenti molto simili agli atomi singoli, da cui deriva il riferimento al quantico.
Per la cronaca, quantico non è il telefilm, e neanche la base Marines da cui deriva il titolo della serie tv, ma è un riferimento al comportamento fisico. Per quanto la fisica quantistica sia una scienza ampia e, sostanzialmente, poco accessibile senza una buona formazione teorica, il suo principio di base è piuttosto semplice.
Immaginiamo tutti insieme due orologi. Uno è analogico, con le lancette che si muovono continuamente, mentre il secondo è digitale, con i numeri che vanno “a scatti”. Ecco, la fisica tradizionale è analogica, mentre la fisica quantistica, cioè quella degli atomi, è digitale. Le energie non hanno un andamento uniforme ma aumentano facendo dei salti.
I quantum dots sono grandi abbastanza da essere manipolabili ma sufficientemente piccoli da seguire la fisica quantistica. Bello, ma che me ne faccio?
I nanocristalli stanno iniziando a diffondersi anche nella vita quotidiana. Samsung ha prodotto dei televisori che li utilizzano, così come sono utilizzati in pannelli fotovoltaici. Un’altra grande frontiera è quella dei chemioterapici.
Ma come sono fatti? Sono costituiti da un core piccolo cristallino circondato da una sfera più esterna di ligands. I ligands sono molecole organiche a catena più o meno lunga che hanno la funzione di impedire al cristallo di crescere e aumentare di dimensioni, praticamente lo stabilizzano piccolo piccolo.
Ci sono due approcci principali per sintetizzare le nanoparticelle: il metodo top-down, in cui si parte da un materiale e lo si suddivide in parti sempre più piccole; e il metodo bottom-up, in cui si sintetizzano le particelle a partire dagli atomi, facendole crescere fino al punto desiderato.
Una volta scelto il tipo di approccio, va scelto il materiale per core e ligands.
Il nucleo cristallino può essere formato da vari elementi, che cristallizzano in strutture anche molto diverse. Si passa dal CdS (cadmio-zolfo) alle perovskiti, ai carbon dots. La sfera di ligands esterna può ovviamente cambiare anche lei, soprattutto in base all’uso che se ne deve fare. Si possono ottenere moltissime forme, quali punti (dot), barrette (rod), fili (wires), octapod, tetrapod, cubi, fogli…. Si fanno anche strutture definite core-shell, in cui la parte di cristallo è costituita da un materiale centrale circondata di un altro materiale, in una struttura a strati. Capite bene che le possibilità sono pressoché infinite.
Tutto questo va a concorrere alla differente reattività. Di solito le proprietà più in voga sono quelle magnetiche e ottiche. Alcuni nanocristalli, se colpiti da determinati tipi di luce, emettono luce con una lunghezza d’onda differente.
Le proprietà magnetiche possono ad esempio essere utilizzate in ambito medico. Le particelle, che grazie alle loro dimensioni riescono a passare attraverso le membrane cellulari senza problemi, sono caricate con molecole antitumorali e fanno da carrier. Applicando dei magneti nel punto malato, si riescono a orientare in quella zona le particelle che rilasciano il chemioterapico solo dove serve.
Avete abbastanza elementi per far finta di essere dei boss di nanocristalli? Spero di si 😉
Ah, giusto per correttezza… il titolo deriva da una battuta del boss, che ha parafrasato Kerouac, non è mia!
Fonti:
- https://it.wikipedia.org/wiki/Punto_quantico
- https://www.samsung.com/it/tvs/qled-tv/picture-quality/
- https://www.thermofisher.com/search/results?query=quantum%20dots&focusarea=Search%20All
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5445848/
- Eur. J. Inorg. Chem. 2008, 837–854
Sara Accornero