Dalla medicina alla tutela delle opere d'arte, dalle applicazioni nel campo dell'energia a quelle nell'elettronica e dei nuovi materiali, le nanotecnologie rappresentano oggi un campo della ricerca nel quale si costruisce il futuro della scienza, e dove l'estremamente piccolo (nell'ordine dei nanometri, appunto) trova applicazioni di grande portata. Le nanotecnologie sono state argomento del 14esimo International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry. «La scelta di tenere il congresso proprio a Lecce è stata motivata anche dall'intenzione di ricordare che la Puglia non è solo una regione di mare e buon cibo, ma anche di una ricerca scientifica avanzata», spiega Pierangelo Metrangolo, professore ordinario di Fondamenti chimici delle tecnologie al Politecnico di Milano e chairman del simposio ISMSC2019. Siamo quindi andati a visitare due centri d'eccellenza pugliesi per le nanotecnologie (cui Metrangolo è associato), il CNR - Nanotec e l'IIT- Center for Biomolecular Technologies, per farci raccontare dai rispettivi direttori dove si dirigono le nanotecnologie, e con quali applicazioni nella vita di tutti i giorni.

Dalla medicina di precisione alla conservazione dei beni culturali

La sede primaria del CNR Nanotec è appunto Lecce (le sue altre unità operative sono a Bari, Roma e Rende, in provincia di Cosenza), che raccoglie oltre 150 ricercatori. Alcuni di loro sono vincitori dei prestigiosi finanziamenti dell'European Research Council; tra questi abbiamo conosciuto Loretta del Mercato, che ha raccontato qui del suo progetto sulle colture cellulari tridimensionali per lo studio del cancro. Ma l'impiego in campo medico è solo uno di quelli possibili per le nanotecnologie.

«Le nanotecnologie sono scienze molto trasversali che toccano svariati settori, dalle scienze della vita ai beni culturali all'elettronica, passando attraverso tanti altri campi», spiega il direttore del CNR Nanotec Giuseppe Gigli. «Qui la nostra attività è organizzata su quattro principali tematiche: materiali, fotonica e optoelettronica (ossia lo studio di strumenti elettronici che permettono di interagire con la luce e controllarla), nanobiotecnologie e dispositivi avanzati. Ma l'aspetto davvero affascinante delle nanotecnologie è che lo studio o lo sviluppo di uno strumento in un determinato ambito può trovare applicazioni in un campo molto diverso. Ad esempio, abbiamo sviluppato una tomografia a raggi X a contrasto di fase che rappresenta una nuova tecnica di imaging che può essere di grandissima utilità in medicina diagnostica, perché consente di avere al contempo una risoluzione d'immagine molto migliore e dosi diminuite di radiazione. La stessa tecnica è stata però applicata con successo anche nel campo dei beni culturali, dove ha permesso di srotolare virtualmente i papiri di Ercolano, dei documenti sopravvissuti all'eruzione del Vesuvio nel 79 d.C. e troppo fragili per poter essere analizzati manualmente senza il rischio di danneggiarli».

In alto: Giuseppe Gigli. In basso: la sede di Lecce del CNR-Nanotec

La trasversalità delle nanotecnologie richiede necessariamente un'unione di competenze tra le diverse discipline scientifiche. Al CNR Nanotec di Lecce si trovano quindi biologi, fisici, chimici, ingegneri, medici, matematici, ciascuno dei quali è poi chiamato a dialogare con il mondo della medicina, delle scienze della vita, dei nuovi materiali o dei beni culturali. «Questa multidisciplinarietà richiede lo sviluppo di linguaggi condivisi tra le diverse competenze. Nel mondo accademico è ancora frequente una certa chiusura tra i diversi ambiti di competenza, che rende difficile, ad esempio, lo scambio di conoscenze tra un biologo e un ingegnere; lavorare sulle nanotecnologie richiede di sviluppare un nuovo linguaggio condiviso tra le diverse professionalità. In questo senso, per un ricercatore è fondamentale la curiosità, la voglia di essere sempre aggiornato per capire tutte le sfumature di una ricerca che ha applicazioni così straordinariamente vaste», commenta Gigli. «Questo tipo di curiosità scientifica, inoltre, non può certo fermarsi alle mura del proprio laboratorio: il confronto ha bisogno di avvenire a livello globale. Ecco perché il CNR Nanotec raccoglie ricercatori da tutto il mondo. La scienza ha bisogno di continuo confronto e scambio; per essere competitivi, dobbiamo essere in grado di attirare scienziati da altri Paesi, offrendo loro i mezzi e le strutture che consentano di portare avanti una ricerca di alto livello».

Nanotecnologie per il corpo umano e per l'ambiente

Lo sviluppo di nanotecnologie per l'uomo, siano indossabili, impiantabili o ingeribili, è uno dei principali ambiti di ricerca dell'IIT - Center for Biomolecular Technologies (CBT). Questo tipo di dispositivi rappresenta un cambio di paradigma nel panorama della diagnostica medica: invece di controllare i parametri vitali solo in un determinato momento, permettono infatti di monitorare il nostro corpo in modo continuo, consentendo una miglior correlazione tra un'eventuale alterazione e la sua causa, dovuta all'insorgenza di una malattia, allo stile di vita o all'alimentazione (ad esempio nel caso di intolleranze o allergie). Il punto di forza delle nanotecnologie, in questo senso, è la possibilità di sviluppare strumenti di monitoraggio non invasivi e non intrusivi, che possano quindi essere usati in modo continuo senza limitare la qualità della vita di un paziente.

In alto: Massimo de Vittorio. In basso: la sede dell'IIT-CBT

«I dispositivi piezoelettrici che sviluppiamo nel nostro centro, ad esempio, sono una sorta di cerotto sottilissimo che può essere applicato sull'epidermide. Poiché la caratteristica dei materiali piezoelettrici è la capacità di generare un segnale elettrico da minimi movimenti meccanici, anche i piccoli spostamenti della pelle generati dalla dilatazione di un vaso sanguigno sono rilevabili dal sensore. Il vantaggio di questo tipo di strumenti è anche nella possibilità di condurre il monitoraggio a distanza, così che il paziente non debba recarsi apposta in ospedale e possa essere seguito anche nella quotidianità domestica», spiega Massimo De Vittorio, coordinatore dell'IIT-CBT. «Tra i parametri che possono essere monitorati in questo modo vi sono la pressione sanguigna, il battito cardiaco, la temperatura, ma le applicazioni in realtà possono variare: grazie a un finanziamento regionale, per esempio, stiamo impiegando i cerotti piezoelettrici per il controllo della disfagia, la difficoltà di deglutizione che si manifesta a volte negli anziani e in alcune condizioni patologiche come la SLA. Uno dei nostri obiettivi primari è di trasferire sul mercato i risultati della nostra ricerca, e PiezoSkin, una delle nostre start-up, commercializza infatti la tecnologia piezoelettrica flessibile».

Anche in questo caso emerge la trasversalità delle nanotecnologie. «Gli stessi materiali piezoelettrici possono essere impiegati nella produzione di energia», spiega ancora De Vittorio. «Il campo elettrico che sono in grado di generare a partire dall'energia meccanica può essere impiegato per generare energia da piccoli movimenti, come leggeri soffi di vento, trovando una duplice applicazione nel campo delle energie rinnovabili e nel campo dell'auto-alimentazione dei dispositivi medici, per cui un dispositivo come un pace-maker potrebbe essere in grado di alimentarsi in modo autonomo con l'energia prodotta da questi materiali».Un’altra attività che promette di rivoluzionare la comprensione e il controllo di patologie e disordini del cervello è relativa a sonde ottiche nanostrutturate che usano la luce per controllare l’attività cerebrale.  I principal investigators dell'IIT-CBT Ferruccio Pisanello e Massimo De Vittorio, in collaborazione con Harvard, grazie anche a finanziamenti europei (ERC) e statunitensi (NIH) hanno mostrato come sia possibile con un singolo dispositivo controllare e leggere l’attività di molti neuroni. Anche in questo caso i risultati della ricerca hanno portato alla creazione di un’altra startup, OptogeniX srl, che produce e vende queste sonde ottiche alle più prestigiose istituzioni internazionali.