Stuart Lindsay, Professore dell'Arizona State University Regents e direttore del Center for Single Molecule Biophysics del Biodesign Institute, ha appena pubblicato la prima guida completa a un mondo minuscolo un milione di volte più piccolo di un singolo granello di sabbia. Introduzione alla nanoscienza (pubblicato da Oxford University Press) offre ai lettori una panoramica di una disciplina emergente che negli ultimi anni, prodotto risultati notevoli in aree diverse come il sequenziamento del DNA, macchinario molecolare, nanocristalli e microscopia.

n discutere l'impulso per il libro, Lindsay fa notare che la sua vasta ricerca è sempre stata accompagnata dalla passione per l'insegnamento di concetti biofisici a studenti di talento. L'introduzione alle nanoscienze offre anche ai ricercatori di tutto il mondo una prima nel suo genere, trattamento onnicomprensivo della nanoscienza. Il libro integra diverse discipline e abbraccia i fenomeni quantistici di base, Strumenti del mestiere, e applicazioni su scala nanometrica. Nel corso di questa panoramica, Lindsay torna più e più volte sul tema del comportamento emergente:come piccole fluttuazioni a livello di nanoscala possono dare l'impressione di sorprendenti, fenomeni spesso imprevisti.

Il libro è una conseguenza delle lezioni di nanoscienza del professor Lindsay, affinato nel corso di molti anni, con il prezioso contributo dei suoi studenti. Oxford University Press ha appreso del corso e, credendo che sarebbe una buona risorsa, ha chiesto a Lindsay di assemblare il materiale in un libro.

"Ciò che è così sorprendente, " Lindsay insiste, "è che gli eventi che si verificano su scala nanometrica hanno implicazioni per la chimica, biologia, fisica, scienza dei materiali, ingegneria, lo chiami tu." Tuttavia, il nanoregno mancava di un libro di testo che potesse riunire gli elementi disparati del campo. "È straordinario che la conoscenza non fosse lì in modo raccolto. Ho messo insieme un corso che era molto completo, cominciando con la fisica e finendo con la biologia, " lui dice.

Dato il ritmo vertiginoso del progresso scientifico, in particolare nelle nanoscienze, Lindsay ha affrontato una sfida scoraggiante. "Sapevo che alcuni problemi attuali sul campo sarebbero diventati obsoleti nel momento in cui le mie dita avrebbero lasciato la tastiera". Sperando di produrre un lavoro che possa rimanere rilevante, Lindsay ha scelto di includere una serie di principi fondamentali che sarebbero stati ampiamente applicabili, indipendentemente dalle nuove condizioni che gli studenti avrebbero potuto incontrare in futuro.

Il libro è diviso in tre parti. La Parte I (Le basi) è un'introduzione autonoma alla meccanica quantistica, meccanica statistica e cinetica chimica, richiedendo solo il calcolo di base del college. La parte II (Gli strumenti) copre la microscopia, manipolazione e misurazione di singole molecole, nanofabbricazione e autoassemblaggio. La parte III (Applicazioni) riguarda gli elettroni nelle nanostrutture, elettronica molecolare, nanomateriali e nanobiologia. "Se vaghi per il laboratorio, "Lindsay dice, "vedrai copie sbiadite della versione fotocopiata del libro sui banchi degli studenti:è davvero un compendio di tutto ciò che penso abbiano bisogno di sapere in nanoscienza".

La vita nel nanomondo può essere sconcertante per i non iniziati, così distinti sono i suoi meccanismi rispetto alle condizioni dell'esperienza quotidiana. Un nanometro è circa 10, 000 volte più piccolo del diametro di un capello umano. Le fluttuazioni del caso dominano la scena e, come sottolinea Lindsay, forniscono materia prima vitale su cui operano i processi selettivi darwiniani. "Più studio le componenti della biologia, più direi che le fluttuazioni non sono solo una seccatura con cui convivere, sono in realtà la storia della biologia".

Questo leitmotiv percorre tutto il libro, che unisce molte aree distinte della nanoscienza. Un'illustrazione così sorprendente di questo tema centrale si trova verso la fine del testo, dove Lindsay esamina importanti ricerche sullo sviluppo neurale nel moscerino della frutta. Fluttuazioni casuali nell'espressione genica e nello splicing servono a mischiare il mazzo genetico per produrre un numero enorme di varianti di proteine ​​con estremità appiccicose, che sono essenziali per un corretto assemblaggio neurale. Quando il numero di queste varianti di splicing in un particolare gene è stato ridotto da circa 30, 000 a 20, 000, le creature non erano in grado di formare cervelli adeguati. "L'evoluzione di una rete neurale in un cervello implica l'interazione tra un lancio di dadi darwiniano incredibilmente diverso e casualmente messo insieme di connessioni neurali e un ambiente che agisce selettivamente sui risultati, "Dice Lindsay.

L'introduzione alle nanoscienze è un contributo vitale a uno dei campi più dinamici, orientato a ispirare un nuovo tipo di giovane ricercatore, immerso in una cultura scientifica multidisciplinare. "Questo gruppo di giovani talentuosi diversamente formati e diversificati non solo produrrà scoperte scientifiche di diritto, ma "Lindsay dice, "sono anche le persone che avvieranno la prossima generazione di aziende che generano ricchezza e guidano l'economia nazionale e che creeranno nuove cose con il loro cervello perché hanno imparato nuovi modi di pensare".