La discesa verso il nanocosmo ed oltre

Per meglio comprendere le dimensioni che caratterizzano il mondo delle nanotecnologie, si possono rappresentare alcune grandezze metriche che contano nel vivere quotidiano di ognuno di noi.

Ad esempio, l’uomo può essere misurato in metri, mentre uno spillo ha uno spessore dell’ordine del millimetro, ovvero 0,001 metri. Un capello, che spesso nella divulgazione sulle nanotecnologie è preso come riferimento per far capire le dimensioni nanometriche, ha uno spessore medio di 50 micron, corrispondenti a 0,00005 metri.

Continuiamo nella nostra discesa dimensionale e incontriamo le cellule che sono le unità fondamentali della vita ovvero le più piccole entità definite vive. La cellula possiede la capacità di mantenere al proprio interno condizioni chimico-fisiche diverse dall’ambiente circostante, in pratica è un piccolo, ma potentissimo, laboratorio chimico all’interno del quale si susseguono continuamente reazioni che stanno alla base del metabolismo vitale.

In questo caso l’ordine di grandezza metrica da considerare è il micron, in altre parole un milionesimo di metro.

I virus sono mediamente circa 100 volte più piccoli di una cellula e consistono di alcune strutture fondamentali. Il loro comportamento parassita è dovuto al fatto che non hanno tutte le strutture biochimiche e biosintetiche necessarie per la loro replicazione.

Tali strutture sono reperite nella cellula ospite in cui il virus penetra, utilizzandole per riprodursi in numerose copie. Quindi i virus sono entità biologiche con caratteristiche di parassita obbligato che possono essere responsabili di malattie in organismi appartenenti a tutti i regni biologici. Le dimensioni in questo caso sono di 100 nm, limite metrico superiore del mondo nanotecnologico.

Come diceva il fisico Richard Feynman “There’s Plenty of Room at the Bottom" traducibile con: "C’è un sacco di spazio giù in fondo", si può proseguire nella discesa della scala dimensionale trovando le proteine, molecole che si trovano in tutte le cellule di un organismo.

Le proteine sono formate da catene di aminoacidi particolari ed univoche per ciascuna di loro. Ogni proteina è costituita da una o più catene di aminoacidi disposti secondo una sequenza precisa e caratteristica. Questa successione non casuale di aminoacidi lungo la catena, detta struttura primaria della proteina, può consentire per idrofilia o idrofobicità una serie di legami o interazioni tra aminoacidi non contigui, grazie ai quali la proteina assume una conformazione tridimensionale caratteristica, di grado più o meno complesso a seconda del tipo di strutture e del numero di catene proteiche coinvolte.

Le proteine hanno dimensioni medie dell’ordine dei 10 nm. Più sotto troviamo Il DNA che è un polimero di unità più piccole legate tra loro attraverso legami fosfo-diesterici: i nucleotidi. Abbiamo, infatti, 4 diversi tipi di nucleotidi, che si differenziano per la base azotata che contengono. Un nucleotide è costituito da uno zucchero (il deossiribosio nel DNA o il ribosio nell’RNA), un gruppo fosfato, ed una base azotata (citosina, adenina, timina, uracile, guanina).

Siamo arrivati con il DNA a larghezze dell’ordine di 1 nm, in pratica un miliardesimo di metro.

Sotto le dimensioni del nanometro troviamo l’atomo, che rappresenta la più piccola porzione di un elemento chimico che conservi le proprietà dell’elemento stesso.

La parola "atomo", che deriva dal greco átomos, "indivisibile", fu introdotta dal filosofo greco Leucippo per definire le entità elementari, indistruttibili e indivisibili, di cui egli riteneva che fosse costituita la materia.

Ogni sostanza ha una sua struttura atomica, dovuta alla quantità, disposizione e natura dei componenti atomici. Per la chimica, l’atomo, invece, è la più piccola particella capace di combinarsi in un composto o in una reazione.

L’atomo non è altro che una struttura di energia che, ponendosi in una gerarchia di particelle, assume una forma che è possibile analizzare anche dal punto di vista chimico.

In questo caso siamo di fronte ad un livello di frazioni di nanometro, più precisamente a 0,1 nm. Ancora più in basso troviamo l’elettrone scoperto nel 1897, da parte di J.J. Thompson, che ha fatto notare per la prima volta l’esistenza delle particelle elementari, o meglio la natura non continua della materia.

Delle tre particelle che costituiscono gli atomi, l’elettrone è notevolmente il più leggero ed il più piccolo. Il raggio dell’elettrone è così piccolo da poter dire che è puntiforme. Sappiamo inoltre che è privo di struttura interna, vale a dire è una particella fondamentale perché non composta da altre più piccole.

Nell’uso comune, l’elettrone viene abbreviato con il simbolo "e^-" e la sua carica elettrica per convenzione è negativa.

La carica dell’elettrone Q_e è identificata come carica elementare. Il fatto che l’elettrone sia puntiforme vuol dire che a livello dimensionale siamo arrivati a 3 fm, cioè 0,000003 nm, in altre parole siamo andati oltre il nanocosmo.