Sculture nel Castello dei Pirenei

Subbia, mazzuolo, scalpello, sgorbia: arnesi per scultori che sbozzano le pietre e il legno. Elettroni e ioni ad alta velocità: arnesi per scultori che creano e modellano strutture piccolissime e così leggere che non cadrebbero a terra. Abbiamo fatto i calcoli, le nostre punte nanometriche pesano femto-grammi, cioè un biliardesimo, un milionesimo di un miliardesimo di grammo. In aria starebbero sospese. Magritte le avrebbe dipinte nel Castello dei Pirenei, anche se non si sarebbero viste.

All'inizio non c'è niente, solo lo spazio dentro cui vogliamo costruire e una base dove appoggiarci. E' una camera piccola, una scatoletta vuota, all'interno del microscopio a scansione elettronica. Vuota, senza aria, senza niente. Poi la riempiamo di un gas che è miscela di carbonio e platino e qui usiamo il nostro primo arnese: gli elettroni. Il microscopio a scansione elettronica infatti ci procura un raggio di elettroni molto veloci e direzionabili da fare scorrere dentro al gas. Le molecole colpite dagli elettroni cadono, una dopo l'altra sulla base, si depongono mentre le guidiamo spostando gli elettroni. Modelliamo il gas, lo riportiamo a terra nella forma che più ci piace e che ci serve. La struttura cresce. Facciamo la punta che poi leggerà la singola molecola biologica. Una punta di platino-carbonio, eccola ora c'è.

struttura di platino-carbonio

Ma non abbiamo finito. Dobbiamo ricoprirla con un metallo nobile: l'oro o l'argento. Prendiamo un po' di metallo, lo mettiamo a scaldare in una barchetta fino a quando non evapora. S'alza e espande come una nebbia in tutta la camera vuota, fino a cadere sulla punta. La punta si ricopre, ma il metallo ha ingrossato la forma. Prendiamo il secondo arnese: gli ioni, s'attaccano alle molecole di troppo e le staccano via, come uno scalpello. Togliamo metallo fino a quando la nostra punta non è pronta. Una punta con un'anima di platino-carbonio e una superficie d'oro o d'argento. La base misura 300 nm e si restringe salendo, è alta 2 micron, e in punta misura pochi nanometri.

siamo seri, non seriosi

no, il gergo no

Un post molto interessante e veloce su come raccontare la scienza a chi non sa, lo troviamo su Rangle, di Peppe Liberti. Consigliamo anche la lettura del post di Carl Zimmer, dove si trova l'elenco delle parole da evitare come per esempio: parametro, substrato, metodologia, nuovo, interazione.

Rangle: Le parole che non dovrei dirti: "Esattamente un anno fa Carl Zimmer, uno dei più importanti scrittori di cose di scienza, uno che scrive su robe tipo New York Times, National Geographic, Scientific American, autore di libri celebrati, ha pubblicato sul suo blog "The Loom" un post che contiene l'elenco delle parole che dovrebbero essere evitate da chiunque voglia scrivere di scienza con la speranza di farsi capire. "

Un po' di storia di SMD

"Qualche tempo fa iniziai ad appassionarmi di plasmoni di superficie", racconta Enzo Di Fabrizio, "e in seguito scoprii che era possibile costruire delle nanostrutture che permettevano di convogliare l'onda elettromagnetica in punti molto localizzati nello spazio. La mia esperienza di spettroscopista, mi suggerì che avrei potuto utilizzare i plasmoni di superficie e la nanostruttura per fare spettroscopia di un agglomerato piccolo di molecole."

Nel 2008 in un articolo pubblicato sulla rivista NanoLetters, Di Fabrizio e il gruppo di ricercatori da lui coordinato dimostrarono di avere realizzato un "nuovo dispositivo nano-ottico per il biosensing" capace di analizzare un numero di molecole che andava da 10 a 200.

"Scrivere quell'articolo fu veramente faticoso" ricorda Francesco De Angelis, oggi team-leader all'IIT; "eravamo a Catanzaro, da Pavia ci raggiunse anche Maddalena Patrini. Io, Enzo, Maddalena e Gobind ci rinchiudemmo per quattro giorni in ufficio, lavorando anche di notte per scrivere l'articolo. Dalla rivista ci arrivò un riscontro positivo, ma con la richiesta di altre misure, e siccome avevamo poco tempo fu un vero tour de force".
 

"Intanto" continua Di Fabrizio, "dialogando con medici e biologi, per esempio a Trieste con Vincent Torre a Catanzaro con Gianni Cuda, alcuni post-doc e dottorandi, ci venne l'idea di costruire un dispositivo che fosse utile alla ricerca biomedica. In biomedicina è infatti molto importante riuscire ad avere informazioni sullo stato chimico e strutturale delle molecole della vita, come proteine o DNA, soprattutto quando una loro variazione è legata all'insorgenza di patologie. L'idea innovativa fu allora quella di rendere un AFM, che è uno scanning probe morfologico, anche uno strumento ottico che dia informazioni chimiche". 

Mentre il gruppo di ricerca si estendeva coinvolgendo partner esteri e si trasformava in una richiesta di finanziamento alla Commissione Europea, il progetto proseguiva. “Il nostro obiettivo era quello di fare ricerca al livello delle ricerche pubblicate su Nature Nanotechnology” dice Francesco De Angelis, e infatti il gruppo italiano si misurò presentando un articolo alla rivista. "Fu faticoso anche quella volta, ma molto meno, grazie all'esperienza maturata con Nanoletters." 

La richiesta di finanziamento europeo venne accettato e la risposta positiva di Nature Nanotechnology arrivò proprio durante il kick-off meeting del progetto a Trieste, nell'estate 2009.

Nel gennaio 2010 Nature Nanotechnology dedicò sia la copertina che l'editoriale all'articolo. 

"Una tecnologia di questo genere" conclude Di Fabrizio, "potrà essere applicata alla diagnosi precoce di patologie come il cancro. La sensibilità dello strumento a poche molecole, permetterà il riconoscimento delle alterazioni molecolari legate all'espressione di una patologia, quando ancora le molecole sono poche e rare in un organismo sano".

Richard Feynman, una poesia

In una lecture intitolata il "valore della scienza", Richard Feynman osservava che la nostra cultura si sarebbe potuta dire una cultura scientifica quando un poeta avrebbe iniziato a cantare il mondo guardandolo con gli occhi di uno scienziato. E poiché lui era uno scienziato con animo poetico, scrisse questa poesia come esempio. La sua attenzione per le molecole, le strutture, e gli atomi richiama la lecture del 1959 quando immaginò per la prima volta il nanotech: "Ultimately, in the great future, we can arrange the atoms the way we want; the vary atoms, all the way down."

There are the rushing waves

mountains of molecules

each stupidly minding its own business

trillions apart

yet forming white surf in unison.

Ages on ages

before any eyes could see

year after year

thunderously pounding the shore as now.

For whom, for what?

On a dead planet

with no life to entertain.

SMD e l'intelligenza collettiva

Spesso le nanotecnologie sono indicate come una scienza rivoluzionaria per gli oggetti che produce e per i cambiamenti economici che può innescare, ma per il Professore Enzo Di Fabrizio, responsabile del settore Nanofabrication all'Istituto Italiano di Tecnologia e leader del progetto SMD, la rivoluzione nanotecnologica sta nel processo di produzione di conoscenza.

quando una nano-colonna diventa una nano-stella

Un giorno, qualche tempo fa, Paolo rispose a un giornalista che gli chiedeva cosa vedeva attraverso a un microscopio: "Un cielo pieno di stelle". Lui si riferiva agli organelli cellulari che galleggiano nel citoplasma scintillanti sotto la luce dello strumento, oggi noi usiamo la stessa metafora per questa nano-colonna riuscita male. L'immagine l'hanno acquisita Manola Moretti e Sergio Marras con uno Scanning Electron Microscope, durante una delle loro sessioni di imaging. Come dice Manola: "something went wrong in the lithographic steps and a pillar is not a pillar anymore". Poi l'abbiamo colorata di blu con il ritocco fotografico, and the pillar became a star!

creatività scientifica altrimenti detta "genius at work"

Lavagna di Enzo Di Fabrizio