Definizione
Applicazioni e Mercato
Sviluppo responsabile
Politiche Nazionali

Definizione
Non esiste ancora una definizione universalmente accettata per nanoscienze e nanotecnologie, ma ve ne sono diverse simili tra loro. Secondo quella data nel 2004 dal Royal Society & The Royal Academy of Engineering (UK),

Nanoscience is the study of phenomena and manipulation of materials at atomic, molecular and macromolecular scales, where properties differ significantly from those at a larger scale” e Nanotechnology is the design, characterisation, production and application of structures, devices and systems by controlling shape and size at nanometre scale".

Analoga è la definizione data nel 2000 nell’ambito della National Nanotechnology Initiative (NNI) USA:

Nanotechnology is the understanding and control of matter at dimensions of roughly 1 to 100 nanometres, where unique phenomena enable novel applications... At this level, the physical, chemical, and biological properties of materials differ in fundamental and valuable ways from the properties of individual atoms and molecules or bulk matter”.

Le nanoscienze costituiscono il punto di incontro di discipline diverse che vanno dalla fisica quantistica, alla chimica supramolecolare, dalla scienza dei materiali, alla biologia molecolare e rappresentano una realtà ormai affermata nel mondo della ricerca. Le nanotecnologie, che sono invece ancora nella fase iniziale del loro sviluppo, puntano a sfruttare e ad applicare i metodi e le conoscenze derivanti dalle nanoscienze. Esse fanno riferimento ad un insieme di tecnologie, tecniche e processi che richiedono un approccio multidisciplinare e consentono la creazione e utilizzazione di materiali, dispositivi e sistemi con dimensioni a livello nanometrico.

In sintesi, con nanotecnologie si intende la capacità di osservare, misurare e manipolare la materia su scala atomica e molecolare.

1 nanometro (nm) è infatti un miliardesimo di metro e corrisponde all’incirca a 10 volte la grandezza dell’atomo dell’idrogeno mentre le dimensioni di una proteina semplice sono intorno a 10 nm.
Il mondo delle nanotecnologie è quello compreso tra 1 e 100 nanometri e sono “nanoprodotti” quei materiali o dispositivi nei quali vi è almeno un componente funzionale con dimensioni inferiori a 100 nm.

Le prospettive rivoluzionarie associate alla nanotecnologie derivano dal fatto che, come detto, a questi livelli di dimensioni comportamenti e caratteristiche della materia cambiano drasticamente e le nanotecnologie rappresentano un modo radicalmente nuovo di produrre per ottenere materiali, strutture e dispositivi con proprietà e funzionalità grandemente migliorate o del tutto nuove.

Due sono le strade per operare a livello nanometrico. Una fa riferimento all’approccio cosiddetto “top down”, che significa ridurre con metodi fisici le dimensioni delle strutture verso livelli nano. Le tecniche proprie della microelettronica, come per esempio la litografia a fascio di elettroni o a raggi X, sono riconducibili a questo approccio e, proprio per questo, costituiscono la strada di più immediato utilizzo per entrare nel mondo “nano”. La nanoelettronica e la nanoingegneria sono le aree di elezione di questo approccio ed in effetti la nanoelettronica costituisce al momento l’applicazione più diffusa delle nanotecnologie anche se bisogna far presente che non sempre la dimensione nanometrica in sé è sufficiente per parlare di nanoprodotti. Secondo una interpretazione restrittiva della definizione data dalla NNI, per esempio, i circuiti integrati sotto i 100 nm realizzati con tecniche di litografia, non sono inclusi tra i “prodotti nanotecnologici”.

L’altra via è invece quella cosiddetta “bottom up”. Essa sta ad indicare l’approccio nel quale, partendo da piccoli componenti, normalmente molecole o aggregati di molecole, si cerca di controllarne/indirizzarne l’assemblaggio utilizzandoli come “building blocks” per realizzare nanostrutture, sia di tipo inorganico che organico/biologico.

Le aspettative maggiori, quelle che più si identificano con le nanotecnologie e le loro potenzialità, sono associate all’approccio bottom up, la realizzazione cioè di strutture a livello nanomentrico replicando in maniera controllata processi che sovente già avvengono in natura ed ottenere quelle proprietà che sono specifiche della scala nanometrica.
Allo stato attuale le tecniche “top down” sono quelle generalmente più consolidate, mentre per ciò che riguarda le tecniche "bottom up" si è ancora in genere in una fase di sviluppo ed essenzialmente confinati a livello di laboratorio.

Per saperne di più:
Cosa sono le nanotecnologie (CORDIS)
Opuscolo divulgativo della Commissione Europea
Nanotechnology: small science, big deal
Museo virtuale delle nanotecnologie
Nanotechnology and the next 50 years (e altre pubblicazioni dell'autore), R. Smalley, 1995
Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, E. Drexler, Anchor Books, New York, 1986
There’s plenty of room at the bottom. Feynman, R. 1960. Engineering and Science, Vol. 23, No. 5, February, pp. 22-36.


Applicazioni e Mercato
Numerosi prodotti riconducibili all’utilizzo delle nanotecnologie sono già disponibili sul mercato (Woodrow Wilson Nanotech Inventory) od in procinto di esserlo. Il loro numero cresce costantemente. Tra essi si possono citare, ad esempio, nanoparticelle per cosmetici o per coatings e vernici, tessili tecnici e abbigliamento, articoli sportivi, ma anche nanocompositi, “hard disks” con superfici nanostrutturate per registrazione dati ad altissima densità, “chips” di memoria con dimensioni inferiori a 100 nm, dispositivi fotonici, superfici autopulenti, sistemi per diagnostica medica basati, per esempio, sul principio “lab-on-chip”.

Con un orizzonte temporale un pò più lungo, probabilmente entro i prossimi 3-5 anni, sono attesi, tra gli altri, sistemi avanzati per la somministrazione mirata di farmaci, protesi mediche più resistenti e con migliorata biocompatibilità, materiali avanzati innovativi per i sistemi di trasporto, nuovi e migliori sistemi di produzione e stoccaggio dell’energia. Le applicazioni potenziali sono letteralmente infinite.

Il mercato derivante dalle nanotecnologie è ancora relativamente ridotto. Nel 2006 è stato stimato essere di circa 60 miliardi di Dollari, ma le attese di crescita sono straordinarie, con previsioni di incrementi annuali tali da dare luogo, secondo alcuni, ad un mercato di più di 1000 miliardi di Dollari dopo il 2015.

Il dato può sembrare ottimistico, ma il carattere abilitante delle nanotecnologie fa si che esse trovino applicazione praticamente in tutti i settori produttivi ed il mercato può raggiungere effettivamente dimensioni veramente enormi. Secondo uno studio di Lux Research del 2004, quelli per i quali si prevede il maggior volume di mercato da qui al 2015 sono, nell’ordine:

  • Materiali
  • Elettronica
  • Farmaceutica
  • Processi chimici
  • Aerospazio
  • Cura della salute
  • Utensili
  • Processi sostenibili

Dal punto di vista strettamente economico, il settore dell’elettronica (European Strategic Research Agenda on Nanoelectronics) ha attualmente la parte del leone e, insieme ai materiali, rimarrà al top anche in futuro. L’impatto delle nanotecnologie nel campo della farmaceutica e, più in generale, della cura della salute oltre che dal punto di vista economico sarà rilevante anche dal punto di vista dell’impatto sociale. la “nanomedicina” promette infatti di rivoluzionare letteralmente la pratica medica mettendo a disposizione nuovi e più efficaci strumenti diagnostici e sistemi di cura innovativi, che possono favorire l’introduzione di terapie personalizzate (European Strategic Research Agenda on Nanomedicine) .

Altrettanto importanti possono essere le ricadute positive delle nanotecnologie per l’ambiente. Il loro apporto può essere infatti determinante per lo sviluppo di processi produttivi piu efficienti, meno inquinanti, con minor consumo di materie prime, per la realizzazione di nuovi sistemi energetici, o di disinquinamento, in una parola, le nanotecnologie possono contribuire in maniera decisiva alla promozione di uno sviluppo sostenibile.

Per saperne di più:
Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties, The Royal Society & The Royal Academy of Engineering, 2004
Uno dei più completi ed interessanti rapporti di sommario sulle nanotecnologie, considerato un riferimento a livello mondiale.
National Nanotechnology Initiative: past, present and future?, M.C. Roco, NNI, 2006
Articolo del responsabile della NNI USA, sullo sviluppo attuale e futuro delle iniziativa americana e più in generale delle nanotecnologie.
The economic development of nanotechnology - An indicators based analysis” - A. Hullmann, European Commission, DG Research, Nov 2006
Articolo di review di dati economici e indicatori scientifici sulle nanotecnologie a livello mondiale

Sviluppo responsabile
Condizione essenziale perché le aspettative riposte nelle nanotecnologie si realizzino veramente, è che gli eventuali rischi e le implicazioni socio-economiche associati ad esse siano valutati tempestivamente e ridotti al minimo.

Ciò richiede, in particolare, la definizione di una terminologia chiara e condivisa, un approccio proattivo alla gestione del rischio, una eventuale revisione delle legislazioni esistenti, cooperazione e coordinamento tra i vari organismi pubblici, industria e ricerca a livello nazionale ed internazionale. Tutto ciò va completato con una informazione ed un dialogo con il pubblico corretti ed affidabili, che rassicurino e prevengano l’insorgere di pregiudizi.

Il problema è particolarmente sentito ed in tutti i Paesi più impegnati nelle nanotecnologie risorse significative sono destinate ad esso.

Nel 7° Programma Quadro, la Commissione Europea, ha posto l’approfondimento degli aspetti legati alla sicurezza ed alle implicazioni sociali, tra le priorità di progetti concernenti le nanotecnologie.

Per saperne di più:

Small size that matter: opportunities and risk of nanotechnology, Allianz & OECD, 2005

Emerging challenges: Nanotechnology and the environment, Geo Year Book 2007, UNEP
Articolo sulle potenzialità ed i rischi delle nanotecnologie per l’ambiente, in particolare rispetto all’utilizzo delle nanotecnologie per il raggiungimento de “UN Millenium Development Goals”.
The Ethics and Politics of Nanotechnology, Unesco 2006
Articolo sullo stato attuale delle nanotecnologie e le sue implicazioni sociali ed etiche

Politiche Nazionali
Tutti i paesi più importanti dedicano risorse rilevanti e crescenti alle nanotecnologie nella convinzione che queste tecnologie abilitanti siano una delle “driving forces” dello sviluppo tecnologico futuro. Le nanotecnologie sono diventate un fattore strategico per la crescita ed in molti paesi, a cominciare dagli USA che sono il paese più impegnato in questo campo, sono state attivate delle iniziative nazionali dedicate alle nanotecnologie con l’obiettivo di rafforzare e razionalizzare l’impegno, orientare le iniziative, far emergere le eccellenze ed ottimizzare l’uso delle risorse umane ed economiche disponibili affinché le nanotecnologie siano effettivamente uno strumento per accrescere il posizionamento competitivo del sistema paese.

Per saperne di più:
European Commission - Nanotechnology Action Plan

Programmi ed iniziative sulle nanotecnologie in alcuni dei principali paesi del mondo

 

La situazione italiana:

Il II Censimento delle nanotecnologie in Italia, AIRI/Nanotec IT, 2006
Le politiche per le nanotecnologie in Europa e nel mondo: perché un programma nazionale per le nanotecnologie anche in Italia, AIRI/Nanotec IT, 2006