Produzione di nanoparticelle, la produzione di unità di materiale di dimensioni inferiori a 100 nanometri (100, 000 volte più piccolo di una biglia), sta dimostrando l'adagio che "le cose buone arrivano in piccoli pacchetti". Le nanoparticelle ingegnerizzate di oggi sono componenti integrali di tutto, dai nanocristalli a punti quantici che colorano i brillanti display dei televisori all'avanguardia ai minuscoli frammenti d'argento che aiutano le bende a proteggere dalle infezioni. Però, le iniziative commerciali che cercano di trarre profitto da questi minuscoli elementi costitutivi affrontano problemi di controllo della qualità che, se non indirizzato, può ridurre l'efficienza, aumentare i costi di produzione e limitare l'impatto commerciale dei prodotti che li incorporano.

Per aiutare a superare questi ostacoli, il National Institute of Standards and Technology (NIST) e il World Technology Evaluation Center (WTEC) senza scopo di lucro sostengono che i ricercatori di nanoparticelle, produttori e amministratori "collegano i punti" considerando le loro sfide condivise in senso ampio e affrontandole collettivamente piuttosto che individualmente. Ciò include il trasferimento di conoscenze tra le discipline, coordinare le azioni tra le organizzazioni e condividere le risorse per facilitare le soluzioni.

Le raccomandazioni sono presentate in un nuovo articolo sulla rivista Nanomateriali applicati ACS .

"Abbiamo esaminato il quadro generale della produzione di nanoparticelle per identificare i problemi comuni a materiali diversi, processi e applicazioni, ", ha affermato lo scienziato fisico del NIST Samuel Stavis, autore principale del paper. "Risolvere questi problemi potrebbe far progredire l'intera impresa".

Il nuovo documento fornisce un quadro per comprendere meglio questi problemi. È il culmine di uno studio avviato da un workshop organizzato dal NIST che si è concentrato sulla sfida fondamentale di ridurre o mitigare l'eterogeneità, le variazioni involontarie nella dimensione delle nanoparticelle, forma e altre caratteristiche che si verificano durante la loro fabbricazione.

"L'eterogeneità può avere conseguenze significative nella produzione di nanoparticelle, ", ha affermato Jeffrey Fagan, ingegnere chimico e coautore del NIST.

Nella loro carta, gli autori hanno notato che le innovazioni più redditizie nella produzione di nanoparticelle riducono al minimo l'eterogeneità durante le prime fasi dell'operazione, riducendo la necessità di successive lavorazioni. Questo riduce gli sprechi, semplifica la caratterizzazione e migliora l'integrazione delle nanoparticelle nei prodotti, tutto ciò che fa risparmiare denaro.

Gli autori hanno illustrato il punto confrontando la produzione di nanoparticelle d'oro e nanotubi di carbonio. Per l'oro, hanno affermato, i costi di sintesi iniziali possono essere elevati, ma la somiglianza delle nanoparticelle prodotte richiede una minore purificazione e caratterizzazione. Perciò, possono essere trasformati in una varietà di prodotti, come sensori, a costi relativamente bassi.

In contrasto, i nanotubi di carbonio più eterogenei sono meno costosi da sintetizzare ma richiedono più elaborazione per produrre quelli con le proprietà desiderate. I costi aggiuntivi durante la produzione attualmente rendono i nanotubi pratici solo per applicazioni di alto valore come i dispositivi logici digitali.

"Sebbene queste nanoparticelle e i loro prodotti finali siano molto diversi, le parti interessate nella loro produzione possono imparare molto dalle migliori pratiche reciproche, " ha affermato J. Alexander Liddle, scienziato dei materiali e coautore del NIST. "Condividendo la conoscenza, potrebbero essere in grado di migliorare entrambe le operazioni apparentemente disparate".

Trovare modi come questo per unire i punti, gli autori hanno detto, è di fondamentale importanza per le nuove imprese che cercano di trasferire le tecnologie delle nanoparticelle dal laboratorio al mercato.

"La produzione di nanoparticelle può diventare così costosa che i finanziamenti scadono prima che il prodotto finale possa essere commercializzato, ", ha affermato il consulente e coautore di nanotecnologie del WTEC Michael Stopa. "Nel nostro articolo, abbiamo delineato diverse opportunità per aumentare le probabilità che nuove imprese sopravvivano ai loro viaggi attraverso questa "valle della morte" di trasferimento tecnologico".

Finalmente, gli autori hanno considerato come le sfide e le innovazioni della produzione stiano influenzando il numero sempre crescente di applicazioni per le nanoparticelle, compresi quelli nei settori dell'elettronica, energia, assistenza sanitaria e materiali.