L’opinione di Gaetano Giuliano – Nanotecnologie, spunti di riflessione

2 Luglio 2024

Gaetano Giuliano –Chimico, libero professionista, iscritto all’Ordine dei Chimici della Campania

Nanotecnologie – Spunti di Riflessione

A livello macroscopico le proprietà chimico-fisiche che una sostanza o materiale possiede sono derivate dalla risultante delle mutue interazioni che, di tipo chimico ed elettrostatico, si vengono ad instaurare tra gli atomi e tra le molecole costituenti e risultanti, a loro volta, dalla differente struttura elettronica. Pertanto quando queste interazioni tra atomi e molecole, sistema , viene ad essere circoscritta a dimensioni che sono paragonabili a quelle atomiche ovvero dell’ordine dei nanometri, 10-9 m, si possono osservare delle proprietà chimico-fisiche degli stessi del tutto od in parte differenti da quelle che sono, invece, riscontrate a livello macroscopico. Si possono riscontrare in sistemi nanometrici, pertanto, aumenti di reattività chimica, oppure, in altri, la comparsa di inerzia a subire determinate reazioni, in altri ancora aumento della resistenza meccanica e termica. Lo sudio delle diverse interazioni che avvengono in un sistema nanometrico è oggetto della Nano-scienza e le relative applicazioni tecnologiche sono oggetto delle Nano-tecnologie.

L’impatto sulle attività industriali ed accademiche odierne di queste scienze è sempre maggiore in quanto esse rendono possibile l’apertura di nuovi spazi di azione e la soluzione di alcune problematiche tecniche, altrimenti non solvibili, attraverso la realizzazione di nuovi materiali, modificando opportunamente quelli convenzionali, con caratteristiche prestazionali uniche oppure attraverso la realizzazione di applicativi nanotecnologici di nuova invenzione quali, ad esempio, i drug-delivers nel campo farmaceutico o i currier di proteine e vitamine in campo alimentare.

I problemi applicativi con cui bisogna confrontarsi trattando le nanotecnologie sono molteplici, si pensi, infatti, al settore dei polimeri in cui si realizzano dei materiali innovativi nanocompositi per aggiunta di additivi nanometrici alle matrici polimeriche tradizionali. Gli additivi, detti fillers , possono essere di diversa topologia quale, ad esempio, sferica, ellissoiforme o lamellare e vengono addizionati direttamente alle matrici polimeriche in sede di lavorazione delle stesse al blender o al mixer. Il moto degli argani meccanici e la temperatura dell’ambiente permetteranno agli additivi di disperdersi all’interno delle matrici più o meno uniformemente in funzione dei parametri operativi e dell’affinità che essi avranno con le matrici polimeriche. L’efficienza di tale processo inciderà direttamente sulle prestazioni del materiale realizzato. Per favorire una migliore interazione tra le matrici polimeriche e gli additivi e, quindi ottimizzare le prestazioni del materiale nanocomposito, si può funzionalizzare la superficie di questi ultimi rendendola più affine all’intorno chimico della matrice polimerica. La scelta, però, degli additivi dev’essere fatta anche tenedo conto dei parametri di processo a cui questi devono essere sottoposti e, quindi, dei fenomeni degradativi che ne possono derivare i quali possono essere più o memo importanti anche in funzione della tipologia delle matrici polimeriche in oggetto. Infatti la degradazione termica delle Idrotalciti, additivi a struttura lamellare semplice, in nanocompositi a base di PET è dannosa in quanto il processo degradativo libera acqua di cristallizzazione che va a scindere, data la temperatura elevata, i legami esterei del PET, infragilendolo. Per converso una analoga degradazione delle Idrotalciti in compositi a matrice gommosa non comporterebbe alcun danno a carico della stessa.

Altro fattore importante da considerare è la quantità di additivo da utilizzare in quanto le particelle di filler tendono a riconoscersi mutuamente e ad aggregarsi costituendo dei punti di accumulo di energia all’interno della matrice del nanocomposito tale da pregiudicarne le prestazioni in caso di stress meccanici; l’associazione delle nanoparticelle all’interno della matrice polimerica porta anche alla formazione di zone di vuoto in prossimità dei punti di loro accumulo, determinando un aumento della permeabilità ai gas del materiale composito. Quest’ultimo parametro assume una notevole importanza quando un materiale polimerico deve essere utilizzato nell’industria del packaging alimentare in quanto ne determina la sua idoneità. Infatti, è proprio la proprietà di barriera alla permeazione di gas della matrice polimerica a garantire un adeguato tempo di vita a scaffale di un prodotto alimentare ivi contenuto a parità dei processi di lavorazione e di confezionamento dell’alimento. Nel settore del packaging alimentare assume una grande importanza la trasparenza del materiale alle radiazioni visibili e non sempre un materiale polimerico nanocomposito appare trasparente. Questa proprietà è direttamente correlata con la dispersione e con l’orientamento che le nanoparticelle possono assumere, all’interno del materiale composito, in relazione, in un’ottica bidirezionale, alle direzioni di stiro delle macromolecole polimeriche nelle varie fasi di lavorazione.

L’utilizzo sempre più maggiore di nanoparticelle e composti nanometrici nell’industria e nelle accademie pone alla ribalta anche il tema della sicurezza, sia da un punto di vista delle procedure e dei protocolli da attuare nella manipolazione di questi, sia da un punto di vista della tutela della salute dell’utilizzatore finale. Come già detto innanzi, alcune soatanze nanostrutturate possono presentare delle proprietà di ignizione anche alla semplice esposizione all’aria oppure a subire particolari reazioni con estrema velocità, d’altro canto le loro piccole dimensioni possono favorirne, una volta inalate, il passaggio attraverso le pareti dei vasi sanguigni polmonari e, da qui, essere trasportate ovunque nell’organismo.

Alcune nanoparticelle possono addirittura passare, con facilità, la parete cerebrale oltre che quella cellulare. Una volta all’interno, in funzione della loro struttura elettronica, queste particelle possono dare origine anche a reazioni sia eterolitiche che radicaliche con la materia organica e, pertanto, creare i presuposti per l’insorgere di disfunzioni al corretto funzionamento cellulare. In altri casi quando la loro struttura elettronica è più inerte allora queste nanoparticelle, una volta varcata la parete cellulare, possono accumularsi in qualche parte della cellula. In casi in cui le dimensioni delle particelle , seppur nel campo dei nanometri, risultano essere maggiori allora le particelle nanometriche si possono accumulare all’interno delle cavità polmonari oppure all’interno dei vasi sanguigni generando delle disfunzioni. Le nanoparticelle, si pensi al packaging alimentare, potrebbero con il tempo muoversi dalla loro sede originaria nel caso in cui non siano fissate chimicamente e fluire all’interno del materiale composito fin a giungere alla prossimità delle superfici e, qui, interagire con l’intorno e, quindi, anche con i prodotti alimentari ivi racchiusi. Si potrebbe anche verificare, nel tempo, un rilascio di sostanze nocive alla salute che potrebbero contaminare le derrate alimentari ivi contenute, a conseguenza di fenomeni degradativi o di invecchiamento del materiale composito. L’emissione in atmosfera di sostanze potenzialmente nocive o dannose alla salute poterbbe interessare anche il settore delle vernici per interni dove vengono addizionate, oltre alle nanocariche con funsionalità strutturanti anche delle nanocariche modificate ad-hoc ad azione battericida e funghuicida.

Ancora più pericolose per la salute potrebbero rivelarsi gli applicativi nanotecnologici di nuova invenzione quali, ad esempio, i drug-delivers nel campo farmaceutico o i currier di proteine e vitamine in campo alimentare in quanto, potrebbero dare luogo a comportamenti imprevisti e, dunque, instaurare delle reazioni non volute con la materia organica, non considerando gli interrogativi che sorgono in merito al loro processo di espulsione a fine lavoro dall’organismo.

Considerando l’enorme complessità dell’argomento nanotecnologie e nanoscienze, le grandi ripercussioni sul tessuto economico e sociale che da esse ne possono derivare e le molteplici questioni ancora oggetto di studio e dibattito in termini di tutela della salute e dei luoghi di lavoro, appare chiara la necessità di avere un punto di riferimento competente nel merito sia alle problematiche progettuali e produttive e sia alle problematiche di tutela e controllo onde evitare rischi per la salute.

In quest’ottica mi viene spontaneo fare una giusta provocazione sostenendo e promuovendo l’idea che l’ordine dei chimici di zona possa attrezzarsi, con uffici o commissioni permanenti, in modo tale da divenire il migliore referente istituzionale in grado di fornire, al mondo industriale e regolamentatorio, le risposte adeguate e tempestive ed il supporto scientifico concreto in merito alle tematiche di nanotecnologie e nanoscienze, sia nella fase di ricerca e sviluppo che di produzione e di controlo e tutela della salute, in questo periodo di forte rivoluzione (nano)-tecnologica.