Nobel Chimica, i segreti delle nanomacchine

Chissà la faccia che avrebbe fatto Richard Feynman all'annuncio del premio Nobel per la chimica di quest'anno. Già negli anni cinquanta il grande fisico americano, che nel 1965 avrebbe ricevuto anche lui il riconoscimento più ambito dagli scienziati, aveva previsto lo sviluppo delle nanotecnologie, ovvero quelle tecnologie che hanno a che fare con oggetti di dimensioni che sono dell'ordine del miliardesimo di metro. È pieno di spazio laggiù in fondo, era stata l'esortazione di Feynman verso i colleghi affinché indagassero il mondo estremamente piccolo. E nella scia dei suoi seguaci ci sono evidentemente i tre premi Nobel per la chimica assegnati dalla Reale Accademia delle Scienze Svedese a Jean-Pierre Sauvage, dell'Università di Strasburgo, Sir J. Fraser Stoddart, della Northwestern University, e Bernard L. Feringa, dell'Università di Groningen.

I tre hanno ricevuto il premio per la progettazione e la sintesi di macchine molecolari. L'approccio impiegato è di fatto il medesimo seguito dagli ingegneri quando progettano e costruiscono macchine nel mondo macroscopico che ci è più familiare. Tuttavia nel nanomondo di Sauvage, Stoddart e Feringa il posto dei componenti di un motore, per esempio, è preso da molecole. Sembra facile, ma in realtà per arrivare ai risultati che hanno premiato i tre con un viaggio per Stoccolma (e un assegno) è stato necessario sviluppare strategie di sintesi nuove e geniali.

E così i tre Nobel per la chimica sono giunti in tempi diversi a risultati uguali: molecole con movimenti controllabili, che possono effettuare un compito quando si aggiunge energia. Il primo è stato Suavage nel 1983. In quell'anno lo scienziato è riuscito a collegare tra loro due molecole dalla forma circolare, in modo da formare strutture più grandi chiamate catenani: sono strutture che possono muoversi l'una rispetto all'altra e il cui nome richiama la geometria della più familiare catena. Poi è arrivato Stoddart, il quale nel 1991 ha sviluppato i rotassani (o rotaxani), costituiti da una molecola dalla forma circolare e da una molecola filiforme: la struttura di questo sistema ricorda quella di una ruota attorno a un asse. Infine è stato il momento di Feringa, il primo scienziato a sviluppare un motore molecolare, nel 1999: si trattava di una struttura simile a una pala di rotore molecolare che girava sempre nella stessa direzione.

Grazie a  motori molecolari, sempre Feringa è riuscito a muovere un cilindro di vetro 10.000 volte più grande e ha anche progettato una nano-auto. In futuro il parco delle macchine molecolari potrebbe essere protagonista di nuovi materiali, sensori e sistemi di stoccaggio di energia. E gli scienziati già immaginano microrobot che potrebbero essere programmati. Insomma, raggiunto un risultato, la dedizione e la fantasia dei ricercatori non si ferma. E a Stoccolma, nell'argomentare il Nobel di quest'anno, suggeriscono che in certo senso potremmo essere ai primordi di una nuova rivoluzione industriale. Chissà che cosa direbbe quel visionario di Feynman, che a metà degli anni ottanta, in una sua lezione diventata famosa, parlava di quanto era possibile miniaturizzare una macchina.

IL GLOSSARIO

Macchine molecolari o nanomacchine: sono strutture della dimensione del miliardesimo di metro, o nanometro. Per dare un'idea, il diametro di un capello è pari a 100.000 nanometri, un globulo rosso è grande 6000 nanometri. Come dice il nome, le macchine molecolari sono costruite assemblando tra loro molecole di diverso tipo a formare una struttura in grado di muoversi. In altre parole, i componenti di queste macchine piccolissime possono muoversi l'uno rispetto all'altro, per esempio come le pale di un rotore rispetto all'asse di cui fanno parte.

Movimenti controllati: le macchine molecolari possono essere messe in movimento fornendo loro energia, in modo simile al carburante che alimenta il movimento delle più familiari automobili. Questi movimenti possono essere controllati, ovvero la costruzione di queste macchine molecolari può essere effettuata in modo che la struttura finale si muova nel modo desiderato una volta fornita l'energia necessaria.

Applicazioni: le applicazioni potenziali delle macchine molecolari riguardano diversi ambiti. Queste strutture potrebbero essere usate nello sviluppo di nuovi materiali, sensori e sistemi che permettano di immagazzinare energia, un punto critico per la diffusione sempre più ampia delle fonti rinnovabili di energia.