Rimpicciolire una struttura tridimensionale fino a un millesimo della dimensione originale. Ecco il risultato che sono riusciti a ottenere i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Mit), descritto sulle pagine di Science. Un nuovo metodo capace di ridurre gli oggetti su scala nanometrica che fa venire in mente il supereroe Marvel Ant-Man, capace di diventare microscopico grazie alle fantomatiche (e fantasiose) particelle Pym.
Il funzionamento
Ma come funziona? La tecnica richiede semplicemente un laser e un gel assorbente comunemente usato nei pannolini per bambini. Più precisamente, i ricercatori sono partiti da una tecnica già utilizzata nei loro laboratori per l’imaging ad alta risoluzione del tessuto cerebrale: si tratta della microscopia a espansione, che implica l’integrazione del tessuto che si vuole analizzare in un gel assorbente (il poliacrilato), che lo fa quindi espandere, permettendo quindi di osservarlo meglio.
Invertendo questo processo, i ricercatori hanno scoperto che potevano creare oggetti su larga scala e ridurli poi su scala nanometrica.
Per prima cosa, hanno utilizzato il poliacrilato (usato nei pannolini), come impalcatura per il loro processo di miniaturizzazione. Successivamente questo gel è stato immerso in una soluzione contenente molecole di fluoresceina (una sostanza che di solito viene usata come indicatore) che si attaccano alla struttura quando vengono attivate dalla luce del laser. Queste molecole, precisano i ricercatori, agiscono come delle ancore, che possono legarsi ad altri tipi di molecole, come una nanoparticella d’oro, un frammento di dna, o una nanostruttura, chiamata punto quantico.
Successivamente, i ricercatori sono riusciti a rimpicciolire l’intera struttura aggiungendo un acido, che blocca le cariche negative nel gel poliacrilato in modo che non si respingano a vicenda e provocando così la contrazione del gel. Usando questa tecnica, i ricercatori sono così riusciti a ridurre le dimensioni lineari dell’oggetto di dieci volte, passando quindi da 100 a 10 nanometri (un nanometro, per renderci conto, equivale a un miliardesimo di metro o un milionesimo di millimetro), e quindi di ridurre il volume dell’oggetto costruito di 1000 volte.
Questo approccio non è l’unico possibile per la creazione di strutture 3D in scala nanometrica, che per esempio sono piuttosto comuni nei microprocessori e nelle memorie a stato solido: in questi casi si depone uno strado 2D sopra l’altro, ma è utile solo in contesti limitati e richiede l’uso di processi litografici complessi e costosi. L’invenzione del MIT permette di superare i limiti delle altre tecnologie e creare strutture molto più complesse, a costi irrisori.
“Sono anni che cerchiamo sistemi migliori per realizzare nanomateriali più piccoli, ma abbiamo capito che, usando i sistemi esistenti e integrando i materiali in questo gel, si possono rimpicciolire in scala nanometrica senza distorcere la progettazione”, afferma Samuel Rodriques, tra gli autori della ricerca.
Future applicazioni
Come precisano i ricercatori, la nuova tecnologia miniaturizzante, chiamata implosion fabrication, potrebbe essere applicata in molti campi, dallo sviluppo di microscopi più piccoli alla creazione di piccoli robot, fino alla medicina: per esempio, la comunità scientifica sta da tempo cercando modi per riuscire ad aggiungere minuscole particelle robotiche ai farmaci antitumorali che possano identificare solo le cellule cancerose. Inoltre, la tecnica utilizza apparecchiature molto comuni, che molti laboratori di biologia e scienza dei materiali potrebbero avere già, ed è quindi ampiamente accessibile per tutti i ricercatori che vogliono provarla.
Ant man
Ebbene, la miniaturizzazione nella nostra realtà è ben più complicata di quella dell’universo Marvel. Sarebbero particolarmente comode le particelle Pym no? In effetti no, ed ecco perchè:
L’idea di un siero in grado di rimpicciolire oggetti ed esseri viventi è, in sé, piuttosto ingenua: nello spirito della lectures di Feynman, per ottenere tale risultato si dovrebbero ridurre gli spazi stessi tra gli atomi. Ora, se è stato possibile dimostrare che si possono sistemare atomi e molecole in modo da creare micro-motori perfettamente funzionanti, o addirittura nano-sculture, la miniaturizzazione di materiale biologico e in particolare di esseri viventi porterebbe a una serie di effetti collaterali abbastanza incresciosi, come una certa difficoltà respiratoria, o l’impossibilità a mettere a fuoco il mondo circostante con solo due occhi, o addirittura un effetto esplosivo causato dalle energie necessarie per ottenere il rimpicciolimento-accrescimento, come ad esempio riassunto in questa striscia di Clay Yount del 2014:
Se per un momento trascuriamo i risvolti biologici del rimpicciolimento (che potrebbero essere ovviati grazie alla tuta e al casco di Ant-Man, che non ha questo scopo né nella versione fumettistica né in quella cinematografica), per impedire gli effetti esplosivi si dovrebbe intervenire sulle dimensioni stesse delle particelle elementari.
Come, però, ricorda Jim Kakalios, autore de La fisica dei supereroi, per modificare le particelle elementari stesse bisognerebbe intervenire sulle costanti fisiche e in particolare sulla costante di Planck. Modificare quest’ultima, infatti, influenzerebbe non solo le distanze caratteristiche delle particelle elementari, ma anche le dimensioni stesse delle stelle e in generale dell’universo. Quindi, come scritto da Isaac Asimov in Destinazione cervello, seguito di Viaggio allucinante, risulterebbe necessaria una modifica locale della costante di Planck.
Come al solito certe cose sono troppo belle per essere vere, o anche solo possibili…
-Valto
