Stato dell'arte e innovazione nelle nanotecnologie

Era il 1959 quanti il vincitore del premio Nobel, il fisico Richard P. Feynman, teorizzò le immense possibilità offerte dalla miniaturizzazione. Da allora, l'uso delle nanoparticelle è aumentato drasticamente in moltissimi campi, tra i quali la diagnostica, la biomedicina, la salvaguardia dell'ambiente e il trattamento delle acque reflue, generando grandi aspettative.

In natura, ci sono molti esempi di strutture che hanno una o più dimensioni nel range nanometrico. Queste strutture sono state, per anni, sfruttate in molteplici attività ma, solo di recente, ci si rivolge al mondo nanometrico con cognizione di causa e padronanza.

Le nanotecnologie sono, storicamente, definite come la ricerca e lo sviluppo tecnologico a livello atomico o in scala molecolare per controllar l'assemblaggio e la manipolazione di materiali nell'ordine di grandezza nanometrico. Il National Nanotechnology Initiative (NNI), un'iniziativa di ricerca e sviluppo del governo statunitense, defnisce le nanotecnologie come "una scienza, ingegneria e tecnologia condotta a livello nanometrico (da 1 a 100 nm) dove fenomeni unici offrono applicazioni innovative nei più svariati campi applicativi, dalla chimica alla fisica e alla biologia, dalla medicina all'ingegneria e all'elettronica"

Molte delle applicazioni delle nanotecnologie includono nuovi materiali che sono caratterizzati da proprietà molto peculiari e da nuovi effetti se comparati agli stessi materiali nei loro formati originari. 

I campi di applicazione delle nanotecnologie sono vari e hanno il potenziale di apportare impatto significativo sulla società. Le nanotecnologie sono già state adottate da diversi settori industriali, come l'informatica e le comunicazioni, ma sono anche applicate in ambito alimentare, energetico così come in alcuni dispositivi medici e in farmaci. I nanomateriali offrono anceh nuove opportunità nella riduzione dell'inquinamento ambientale. 

Tra i diversi nanomateriali sono ben noti i fullereni, i nanotubi di carbonio, le nanofibre di carbonio, i dendrimeri, le micelle, i liposomi e diverse classi di nanoparticelle. 

Le nanoparticelle core-shell di silice (SiNPs) sviluppate da AcZon, rappresentano una nuova classe di sonde per applicazioni biologiche. Le SiNPs sono sferiche e il loro diametro varia tra 10 e 70 nm; sono strutturalmente composte da due compartimenti: il core e lo shell. Durante la procedura sintetica, le caratteristiche fisico-chimiche delle SiNPs possono essere personalizzate sulla base dell'uso che se ne intende fare. Possono essere modificate sia internamente (core) che esternamente (shell) in base alle richieste del cliente. La nanoparticella stessa funge da scudo che protegge le molecole che ospita al suo interno. Da ciò consegue che tutte le molecole incluse nella nanoparticelle non subiscono gli effetti degli agenti esterni quali pH o irradiazione continua. Grazie alla forma sferica delle nanoparticelle e, di conseguenza, all'elevato rapporto superficie/volume, più molecole attive (come ad esempio, enzimi, farmaci, agenti chelanti, ecc) possono essere coniugati ad una singola molecola di targeting assicurando un importante aumento dell'effetto. 

La nanoparticella stessa agisce come uno scudo che protegge le molecole che sono ospitate al suo interno. Di conseguenza, le molecole incluse nel core della nanoparticella non subiscono l'effetto degli agenti esterni come il pH ma anche l'irraggiamento continuo. 

L'effetto scudo esercitato dalla nanoparticella consente l'applicazione di un innovativo protocollo di purificazione dei bioconiugati che assicura una maggior purezza del coniugato finale con conseguente riduzione del rumore di fondo. In breve, la protezione offerta ai fluorocromi sensibili inclusi nelle nanoparticelle, consente l'adozione di un'addizionale purificazione in cromatografia per affinità che richiede un pH di eluizione basso e che sarebbe impossibile da applicare a causa della innata delicatezza delle molecole fluorescenti comunemente usate. L'abbinamento del metodo di purificazione storicamente utilizzato, cromatografia ad esclusione dimensionale, al secondo step per affinità aumenta il grado di purezza finale del coniugato a ≥95%.

Questo è come la passione di AcZon per l'infinitamente piccolo può rivoluzionare l'immenso mondo della scienza.