Nanomateriali: le opportunità dell’infinitamente piccolo

Farmaceutica e alimentazione, ma anche energia, ambiente e tecnologia. Sono molti i settori di applicazione dei nanomateriali, sostanze estremamente piccole che presentano caratteristiche uniche e potenzialità in buona parte ancora da esplorare. Dalla fine degli anni ’50, quando per la prima volta si iniziò a parlare di questa tecnologia, l’evoluzione di questo settore è stata costante. Negli ultimi anni, però, complice anche la crescita esponenziale di alcune tecnologie abilitanti, c’è stata una vera e propria esplosione delle applicazioni dei nanomateriali e sempre più aziende stanno puntando sulle loro proprietà.

Nanomater è una start-up innovativa fondata nel marzo 2017 con sede ad Alghero. Nasce da una consolidata esperienza scientifico-accademica nel campo dei nanomateriali: si occupa di ricerca, sviluppo, produzione e commercializzazione di diverse tipologie di nanosistemi e fornisce soluzioni tecnologiche al mondo accademico e imprenditoriale per l’impiego di nanomateriali. In particolare, si occupa dei settori farmaceutico, agro-chimico, cosmetico, alimentare e nutraceutico. Nanomater vuole contribuire a rafforzare la ricerca preindustriale, promuovere le applicazioni delle nanotecnologie per realizzare prodotti più competitivi sul mercato e sviluppare nanosistemi innovativi per il benessere e la salute.

Abbiamo parlato di nanomateriali, delle opportunità che offrono e delle prospettive future con Vanna Sanna, responsabile Ricerca e Sviluppo di Nanomater.

Facciamo un po’ di chiarezza: di cosa parliamo esattamente quando ci riferiamo ai nanomateriali?

I nanomateriali possono essere definiti come sostanze con diversa forma, caratteristiche e utilità. Quello che le accomuna è che almeno una delle loro dimensioni deve presentarsi nell’ordine dei nanometri e, più precisamente, tra uno e 100 nanometri. Un nanometro, per intenderci, è una dimensione infinitamente piccola: corrisponde alla milionesima parte di un millimetro. Per andare sul concreto, parliamo di materiali che sono tra le 40mila e le 60mila volte più piccole del diametro di un nostro capello, 3 milioni di volte più piccole di una formica. Proprio in funzione di queste dimensioni così ridotte, acquisiscono delle proprietà particolari, che non presentano invece nella macroscala.

In che senso?

È più facile comprendere cosa intendo con un esempio: noi siamo abituati a vedere l’oro di colore giallo, ma in forma di nanoparticelle questo si presenta di tonalità rosso-violetto con variazioni evidenti al variare di qualche nanometro.
Il biossido di titanio, per fare un altro esempio, nella nanoscala acquisisce come proprietà ottica la trasparenza che non ha, invece, quando si trova in forma macroscopica. Queste proprietà “nuove” dei nanomateriali possono essere anche di tipo elettrico, fisiche e chimiche.

Ci sono altri vantaggi?

Un’altra caratteristica che rende unici questi materiali infinitamente piccoli è che quando sono ridotti in scala nanometrica offrono un elevato rapporto area superficiale/volume. Se noi partiamo da un cubo con il lato di 1 centimetro la sua area superficiale totale sarà pari a 6 centimetri quadrati. Se lo scomponiamo in tanti cubi più piccoli con il lato di 10 nanometri la superfice che noi otterremo sarà pari a 600 metri quadri. Per cui riducendo all’infinitamente piccolo le dimensioni di una stessa struttura quello che noi otteniamo è un’area superficiale enorme e questa può essere funzionalizzata per migliorare le qualità dei materiali stessi.

Quando si è iniziato a parlare di nanotecnologie?

Il concetto di nanotecnologie è nato intorno alla fine degli anni ‘50 quando Feynman, premio Nobel per la chimica (nel 1965, ndr), ne ha parlato per la prima volta a un convegno, raccontando fosse possibile racchiudere in una struttura grande come la punta di uno spillo tutto il contenuto dell’enciclopedia britannica. All’inizio le reazioni furono di sconcerto e scetticismo, ma da allora sono stati fatti enormi progressi e il campo di applicazione è diventato davvero vasto, anche nello sviluppo di microscopi e strumenti in grado di permetterci di studiare le nanostrutture.

Gli ambiti di applicazione sono molti, voi con Nanomater in quali vi siete concentrati?

I settori sono moltissimi e sono legati alla natura dei nanomateriali coinvolti: l’elettronica, in cui vengono sfruttate le proprietà di conduttività, l’energia e l’ambiente, con applicazioni nei pannelli fotovoltaici, il settore tessile per rendere impermeabili i tessuti. E ancora, l’agrifood, in cui si studiano sistemi per veicolare pesticidi e fertilizzanti o ingredienti alimentari, il settore dei cosmetici, dove si sfruttano le proprietà di nanoparticelle per la protezione ai raggi UV e poi c’è il settore enorme dell’ambito medico, che spazia dalla diagnostica alla farmacologia. Nanomater si occupa principalmente dell’ambito medicale, in particolare farmaceutico, per la veicolazione di molecole, sia di origine naturale sia sintetica, con diverse proprietà farmacologiche. Quello che noi facciamo è formulare queste sostanze in nanoparticelle che possono migliorarne le proprietà e massimizzarne l’efficacia. Abbiamo maturato molta esperienza soprattutto nella gestione di polifenoli naturali dotati di attività antiossidante, chemiopreventiva e antitumorale: la formulazione in nanoparticelle permette di superare alcune problematiche legate ad aspetti di farmacocinetica che ne limitano l’assunzione e consente di migliorare l’attività farmacologica.

Uno dei settori di vostra competenza è legato all’alimentazione. Ce ne vuole parlare?

Le nanotecnologie nel settore alimentare vengono applicate per diversi scopi. Possono essere utilizzate per incapsulare molecole attive, presenti in natura negli alimenti, come i già citati polifenoli ma anche vitamine. Un ambito è quello dei cosiddetti alimenti funzionali: possiamo incapsulare queste sostanze e aggiungerle a un alimento presente nel mercato, conferendogli come valore aggiunto delle proprietà benefiche per la nostra salute. Altri campi di applicazione sono legati ai nanosensori: si arriverà ad avere negli alimenti dei sensori “sentinella”, in grado di segnalare anomalie nella conservazione del cibo, garantendone la qualità. Inoltre, sono già in fase di studio avanzato etichette intelligenti che indicano lo stato di maturazione e deterioramento dell’alimento, in particolare frutta e verdura. Anche il packaging sarà interessato da questa rivoluzione tecnologica, con l’aggiunta di nanomateriali capaci di aumentare la biodegradabilità della plastica o aumentare la shelf life, cioè il tempo di conservazione degli alimenti.  

C’è un rapporto costante tra ricerca, progettazione e sviluppo. Come è articolato il processo?

I nostri clienti sono sia enti pubblici, in particolare università, sia partner industriali. Quello che noi forniamo sono soluzioni innovative che rispondono a specifiche esigenze. Il processo comprende una fase di discussione e confronto con il cliente, la fase di ricerca e progettazione e, infine, lo sviluppo. Per esempio se dobbiamo sviluppare un nanosistema per la veicolazione di un farmaco chemioterapico che vada a colpire uno specifico target tumorale, studiamo il tipo di tumore di interesse e le caratteristiche delle sue cellule come per esempio alcuni recettori sovraespressi sulla superficie, individuiamo dei ligandi (molecole in grado di interagire in modo selettivo con tali recettori ndr) e i materiali polimerici ottimali per realizzare le nanoparticelle. Arriviamo così a sviluppare nanosistemi ingegnerizzati sulla superficie, capaci di veicolare in modo “intelligente” il farmaco all’interno delle cellule tumorali con un aumento dell’attività e una riduzione degli importanti effetti collaterali.   

Il vostro è un settore in rapida crescita ed evoluzione. Quali sono le prospettive e quali invece i possibili rischi per il futuro? 

Le prospettive sono che le nanotecnologie entreranno a far parte sempre di più dei beni di consumo e quindi della nostra vita quotidiana.

I rischi sono sicuramente legati alla tossicità dei nanomateriali, una questione a cui si sta prestando molta attenzione oggi e lo si farà sempre di più in futuro. Se da una parte c’è stato grande fermento nella ricerca su nanomateriali, dall’altra gli organi responsabili della sicurezza, in campo alimentare come in quello farmaceutico, pongono problematiche su questo tema che vanno sicuramente affrontate, in particolare riguardo gli effetti di tossicità, anche a lungo termine, dei nanomateriali non biodegradabili o biocompatibili.

La vostra sede è in Sardegna. Qual è il vostro rapporto con il territorio e come viene vista la vostra attività dai non addetti ai lavori? Ne comprendono la portata?

A livello regionale, come è facile intuire, non ci sono molte aziende nel settore. La realtà con cui ci interfacciamo è quella della piccola e media impresa, spesso anche a conduzione familiare. È necessario fare un’operazione di educazione sulle opportunità e i campi di applicazione delle nanotecnologie: devo dire che i clienti rispondono positivamente una volta che comprendono potenzialità e vantaggi. Questa operazione di sensibilizzazione e divulgazione deve essere fatta in modo capillare, in modo da far comprendere la reale portata dell’innovazione e, soprattutto, i moltissimi settori coinvolti.