Nanoparticelle

Big idea “Alla nanoscala le caratteristiche e le proprietà dei materiali cambiano con la dimensione e la forma delle particelle. Tale cambiamento può portare a nuove funzionalità, aprendo settori applicativi completamente nuovi.”

Provate ad immaginare un mondo in cui il colore di una palla è determinato dalla sua dimensione anziché dal materiale di cui è costituita. Inizialmente sgonfia vi apparirebbe rossa. Ma pompandogli dentro aria, diventando sempre più grande e sferica, il suo colore cambierebbe da rosso a giallo, verde, ed infine blu! Sembra davvero poco plausibile, ma è ciò che può accadere alla nanoscala. Per alcuni tipi di nanoparticelle il colore dipende dalla dimensione, dalla forma, e dalla sostanza in cui sono immerse.

Nanoparticelle

Prendendo spunto dallo spettacolare effetto di mutamento del colore delle nanoparticelle di oro, viene approfondito il tema della interazione luce-materia.
La sintesi dell’ oro colloidale è accompagnata da due attività legate alle applicazioni delle nanoparticelle in nanomedicina e da una introduzione all’analisi spettrofotometrica.

I laboratori

Caratteristiche

1 – Sintesi di nanoparticelle d’oro

La sintesi di nanoparticelle d’oro evidenzia il  drammatico  mutamento di  colore  del materiale alla nanoscala: da giallo paglierino ad un bel rosso rubino. Si tratta della riproduzione in laboratorio del metodo proposto  da Turkevich nel 1951. Tramite diffusione  di un fascio laser  (effetto Tyndall) viene eseguito un primo test sulle dimensioni delle particelle evidenziando la natura colloidale  della soluzione  ottenuta. Sono proposte alcune varianti nella procedura di sintesi.

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2 – Nanoparticelle d’oro come sensore colorimetrico

Le modificazioni nel livello di aggregazione e conseguentemente nelle dimensioni delle nanoparticelle influenzano il modo in cui la luce interagisce con esse. Le frequenze assorbite e diffuse cambiano, causando un mutamento nel colore percepito. Tale principio è sfruttato nell’uso delle nanoparticelle d’oro come sensori colorimetrici. L’attività propone di testare alcuni campioni, individuandone natura e caratteristiche tramite il viraggio del colore.

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3 – Simulazione di nanoparticelle metalliche disperse in soluzione

Le simulazioni al calcolatore permettono di interpretare i dati sperimentali alla luce dei modelli teorici, indirizzare gli esperimenti, con risparmio di tempo e risorse, e perfino prevedere nuovi fenomeni in condizioni sperimentali mai provate prima. In questo laboratorio, si utilizza un software per simulare nanoparticelle metalliche immerse in una soluzione al variare del tipo di metallo, delle dimensioni delle nanoparticelle, dell’indice di rifrazione del solvente e dello spettro della sorgente luminosa, sia riproducendo gli esperimenti fatti, sia simulando condizioni difficilmente realizzabili in un laboratorio scolastico, ma di grande importanza tecnologica.
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4 – Nanoparticelle e spettri

L’esperimento precedente e’ approfondito tramite l’analisi quantitativa degli spettri ottenuti dai vari campioni di nano-oro in soluzione. Grazie ad uno spettrofotometro low cost costruito in laboratorio, vengono introdotti in modo trasparente i principi fisici della spettroscopia di assorbimento.

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5 – Diffusione di nanoparticelle

Tra le   applicazioni delle nanoparticelle d’oro maggiormente studiate   c’è  il loro possibile  utilizzo per il  trasporto e   rilascio mirato di farmaci  nella terapia anticancro. A questo scopo elaborare un modello di diffusione delle nanoparticelle nei tessuti umani  risulta fondamentale.

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NANOLAB è …

laboratori didattici divisi in quattro aree, corredati da videoguide, schede e approfondimenti, per introdurre le nanoscienze nel laboratorio scolastico.
corsi di formazione e kit formativo per permettere agli insegnanti di riprodurre gli esperimenti in aula.
seminari divulgativi tenuti da ricercatori per esporre le attuali prospettive nel campo delle nanoscienze e contestualizzare i laboratori didattici.

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Guido Goldoni insegna Fisica della Materia all’Università di Modena e Reggio Emilia.

In lingua italiana. Ingresso libero
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Alla scoperta delle nanotecnologie – la fisica alla nanoscala

maggio 10, 2016, 8:00pm

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