25/02/2008 - Nanotecnologie e metrologia

L'impegno dell'INRIM tra nanotecnologie e metrologia.
M. Pasquale: In un periodo, come quello attuale, di rapida espansione dell'attività industriale e commerciale verso prodotti che contengono nanoparticolati e nanostrutture di vario genere, occorre realizzare con accuratezza e affidabilità verifiche sia sul piano della caratterizzazione dimensionale dei prodotti sia su quello delle loro proprietà. Ma mentre le tecniche di produzione di nanomateriali possono essere anche a basso costo, quelle di caratterizzazione non lo possono essere. Oggetti così piccoli necessitano di strumenti di misura con una risoluzione spaziale molto vicina al singolo atomo. La nanometrologia è in forte sviluppo a livello mondiale e costituisce una delle attuali frontiere della tecnologia. La Divisione Elettromagnetismo dell'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) si occupa, all'interno del progetto Nanomat, della produzione e caratterizzazione di nanoparticolati magnetici.
L. Boarino: Nel nostro caso, quando si usa il prefisso "nano" (10E-9 10, "dieci alla meno nove", un miliardesimo di qualunque unita' di misura) bisogna distinguere la misura dalla fabbricazione, perche' l'INRiM e' l'unico Istituto di Metrologia, in Europa, insieme al PTB tedesco, (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) a possedere, oltre a delle capacita' di misura sulle scale dimensionali nanometriche di primissimo ordine, anche un centro di micro e nanofabbricazione. L'impegno dell'INRIM nel campo delle nanotecnologie e' nato dall'iniziativa spontanea di alcuni ricercatori dell'ex IEN Galileo Ferraris all'inizio degli anni '90. E' a quegli anni che risale l'interesse internazionale per il silicio poroso, una forma di silicio nanostruttuturato ottenuto per via elettrochimica e quindi a basso costo. Con un modesto investimento da parte dell'IEN venne ristrutturata una parte di un edificio in abbandono che avrebbe dovuto ospitare un'officina meccanica, e consegnati circa 300 mq di camere a controllo particellare dalla classe 100 alla classe 10000 e linee inox per i gas di processo. Nel 1994 la struttura venne consegnata e nell'arco di 13 anni il Laboratorio Quantum Research dedicato alle nanotecnologie ha piu' che ripagato l'investimento iniziale conseguendo e svolgendo con successo contratti di ricerca per un totale superiore ai 2.5 Milioni di euro, senza contare il livello e l'impatto delle pubblicazioni scientifiche, piu' che triplicato dal '94 ad oggi, ed un rateo di brevetti nazionali ed europei di circa uno all'anno a partire dal 2001.

Quali sono gli ambiti di ricerca coinvolti nel progetto Nanomat?
M. Pasquale: Le nanoparticelle magnetiche sono indirizzate alle ricerche biomediche, soprattutto nell'ambito della diagnostica e dei trattamenti dei tumori ed alle tecnologie dell'informazione, in particolare per memorie permanenti ad alta densità. Nel caso della diagnostica le nanoparticelle magnetiche, grazie alle loro piccole dimensioni, si possono facilmente legare a specifiche proteine o a tratti di DNA ben definiti. Una volta legate, le nanoparticelle consento una più facile ricerca tramite tecniche a radiofrequenza o addirittura l'estrazione con una semplice calamita. Una semplice calamita può anche aiutare l'indirizzamento di farmaci iniettati in specifiche zone del corpo. Nel campo delle memorie per computer, sono state recentemente sviluppate nanostrutture che possono essere utilizzati per realizzare delle memorie permanenti. Queste non necessitano di continuo refresh come le RAM tradizionali e presentano una velocità di lettura e scrittura molto più alta di quanto disponibile oggi. Sono chiamate M-RAM, sono già in produzione sperimentale e si attende che nei prossimi anni diventino un nuovo standard.
L. Boarino: Il nostro gruppo nell'ambito di Nanomat si occupa principalmente di produzione e studio di nanostrutture e nanodispositivi basati sul silicio per le nano-biotecnologie delle scienze della vita.

I progetti che state sviluppando? Ci sono già dei risultati?
M. Pasquale: I risultati sono stati presentati a novembre ad una conferenza negli USA e sono in via di pubblicazione sul Journal of Applied Physics. Dato che queste particelle sono molto piccole e sia nel flusso sanguino che in altre applicazioni tendono ad aggregarsi o impilrsi stiamo studiando l'effetto della geometria sulle loro proprietà. Si generano delle catene o dei tubi contenenti nanoparticolati e noi controlliamo sia le proprietà magnetiche generiche sia quelle di radiofrequenza e come si modificano al variare delle dimensioni e della struttura. I nanoparticolati che entrano in un capillare non si comportano più come le particelle libere. Questo caratteristica è molto importante da un punto di vista biomedico ed applicativo.
L. Boarino: Tra i progetti che stiamo portando avanti vi sono lo studio e la realizzazione di nanoparticelle di silicio luminescenti a temperatura ambiente (quantum dots) che vengono utilizzate come marcatori nell'imaging biomedico in vivo, la funzionalizzazione di nanostrutture di silicio e l'immobilizzazione di proteine e biomolecole per la fabbricazione di sensori e biosensori.

Possiamo fare degli esempi?
M. Pasquale: Stiamo conducendo degli studi a un livello di presviluppo. Si fa uno studio un po' più generico su come cambiano le proprietà elettromagnetiche, ad esempio quali microonde vengono assorbite dal nanoparticolato da solo e dal nanoparticolato quando invece è contenuto in una geometria. Questo è molto importante per la diagnostica delle particelle o per gli effetti di riscaldamento localizzato a microonde che si possono indurre. Stiamo conducendo delle altre prove per utilizzare questi nanoparticolati nella diagnostica di patogeni vegetali. Abbiamo anche attivato collaborazioni con Istituti che si occupano di biologia molecolare a Torino.
L. Boarino: La ricerca nel campo della biosensoristica ha purtroppo subito fortissime richieste e finanziamenti all'indomani dell'11/09/2001, ad esempio nella detezione di antrace e vari batteri e virus che potrebbero venire utilizzati per atti bioterroristici. Fortunatamente la ricerca in tali settori ha notevolissime applicazioni più immediate nell'analisi della qualità dei cibi e dei processi alimentari, ma siamo appena agli inizi e il lavoro da svolgere è enorme. Poter utilizzare dei microsensori come ad esempio dei nasi elettronici o degli spettrometri portatili per l'analisi dei prodotti alimentari è un argomento di vastissimo interesse, in tutto il mondo ma soprattutto nel nostro paese

Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM)
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