Uno studente di dottorato in scienze dei materiali presso la Technische Universitat Darmstadt sta realizzando nanotubi multifunzionali d'oro, con l'aiuto di vitamina C e altre sostanze innocue.
Caffè, succo di mela, e vitamina C:le cose che le persone ingeriscono ogni giorno sono materiale sperimentale per la chimica Eva-Maria Felix. Il dottorando del gruppo di ricerca del professor Wolfgang Ensinger nel Dipartimento di Analisi dei materiali sta lavorando alla realizzazione di nanotubi d'oro. Precipita il metallo prezioso da una soluzione acquosa su una pellicola pretrattata con molti piccoli canali. Il metallo sulle pareti dei canali assume la forma di nanotubi; il film viene quindi sciolto. La tecnica in sé non è nuova, ma Felix lo ha modificato:"Le sostanze chimiche che di solito vengono utilizzate per questo scopo erano semplicemente troppo tossiche per me". Preferiva non usare il cianuro, formaldeide, arsenico e sali di metalli pesanti. È stata ispirata da un articolo di giornale di ricercatori che hanno ottenuto la precipitazione dell'argento usando il caffè.
Anche Felix ha usato il caffè nei suoi primi esperimenti. Ha poi testato il succo di mela, seguita dalla vitamina C. Questa sembrava essere la più adatta a lei perché "non si sa mai cosa c'è nel caffè e nel succo di mela". D'altra parte, La vitamina C - o acido ascorbico - è disponibile in forma pura nei negozi di prodotti chimici - un requisito per studi riproducibili. Ma cosa c'entra la vitamina con la precipitazione dell'oro? Nel corpo umano, la vitamina C rende innocui i radicali liberi trasferendo loro elettroni. "La precipitazione dell'oro funziona secondo lo stesso principio. L'unica differenza è che la vitamina non assume radicali, ma piuttosto ioni d'oro", spiega Falk Münch, ricercatore post-dottorato e relatore della tesi di dottorato di Felix. Gli ioni d'oro disciolti nel bagno di precipitazione si trasformano in oro metallico dopo aver assorbito gli elettroni.
aggiuntivo, per il processo sono necessarie sostanze chimiche innocue. Ma la procedura è verde non solo per le sostanze non tossiche, ma anche perché avviene a temperatura ambiente e senza alimentazione esterna, risparmiando così energia. Per di più, rispetto ad altri metodi, non sono necessari dispositivi costosi. Il film con i nanocanali viene semplicemente posto nel bagno di precipitazione. "È davvero incredibile che soluzioni acquose e semplici prodotti chimici di base possano produrre nanostrutture così precise", afferma Münch.
"Green meets Nano" è un motto dei ricercatori del TU. L'unica cosa che non è verde nella procedura è la pellicola che viene utilizzata come modello, note Ensinger. Sebbene i test con le plastiche a base biologica siano già all'ordine del giorno, i film sono ancora costituiti da policarbonato anch'esso realizzato o da polietilene tereftalato (PET).
Per creare i canali plastici in miniatura che definiscono la forma, una pellicola rotonda viene bombardata verticalmente con un fascio di ioni. Ogni ione lascia una traccia dritta nel film che poi diventa un piccolo foro, o, visto al microscopio:un canale che viene poi inciso. Il suo diametro può essere impostato con precisione, fino a molto meno di 100 nanometri. I nanotubi d'oro sono quindi diverse centinaia di volte più fini di un capello umano. Il loro spessore delle pareti dipende sia dalla durata della precipitazione che dalla concentrazione di oro della soluzione originale. Dopo che il film si è sciolto, il risultato è, a seconda delle condizioni sperimentali, una raccolta di singoli nanotubi o una serie di centinaia di migliaia di tubi interconnessi.
Il punto cruciale della tecnica:è necessario un acceleratore di ioni per generare un fascio di ioni. Gli scienziati del TU hanno trovato il partner ideale per la loro ricerca nel Centro Helmholtz GSI per la ricerca sugli ioni pesanti alla periferia di Darmstadt; ma l'acceleratore su larga scala del GSI non era adatto per un successivo uso commerciale per motivi finanziari. Gli scienziati del TU stanno già cercando alternative. Per esempio, un'azienda negli Stati Uniti produce film perforati in modo simile con acceleratori più piccoli. "I film non sono così ben definiti come i nostri, ma sono anche adatte", dice Monaco. Per di più, costano poco:una pellicola grande più o meno come un foglio di carta costa solo pochi euro. Ensinger dice che il prezzo dell'oro non è un fattore perché le quantità richieste sono piccole:"Con 1 grammo d'oro, potremmo fare un nanotubo letteralmente per ogni persona sulla terra." Sebbene un singolo tubo non sia utile per nessuno, non è necessario molto materiale per i microsensori, reattori miniaturizzati a flusso continuo, o altre potenziali applicazioni.
Il team di Ensinger ha già testato con successo un uso dei nanotubi d'oro:sono adatti per costruire sensori per misurare il perossido di idrogeno. Questa sostanza chimica danneggia le cellule nervose e apparentemente svolge un ruolo nelle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson. Un microsensore in grado di misurare il perossido di idrogeno nel corpo umano sarebbe quindi pratico sia nella ricerca medica che per la diagnosi. La conversione del perossido di idrogeno in acqua, catalizzato dall'oro rilascia elettroni genera una corrente elettrica facilmente misurabile. I nanotubi d'oro conducono l'elettricità particolarmente bene grazie alla loro struttura unidimensionale. Inoltre, sono relativamente lunghi e quindi sono più durevoli delle normali nanoparticelle.
"Nano meets Life" è il secondo motto dei ricercatori di TU Materials Science. Per esempio, stanno pensando di utilizzare anche i nanotubi per misurare la glicemia. "Un sensore sottocutaneo potrebbe evitare che i pazienti diabetici debbano pungersi costantemente le dita" pensa Ensinger. Anche in questo caso il metodo di produzione ecologico presenta dei vantaggi perché i componenti di tali impianti dovrebbero essere prodotti con il minor numero possibile di sostanze chimiche tossiche. "Questo chiude il cerchio", dice il professore della TU, unendo i due motti:"Il verde incontra Nano incontra la vita".
