Nanosensori

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I nanosensori sono sensori, naturali o artificiali, in grado di portare informazioni dal mondo nanometrico al mondo macroscopico. Questa capacità è data dal fatto che hanno dimensioni e tempi caratteristici della scala nanometrica e subcellulare. Attualmente, i nanosensori sono utilizzati soprattutto per scopi medici ( nanomedicina)[1], ma sono in fase di sviluppo anche per essere alla base di computer/robot che lavorino su scala nanometrica.

Metodi di produzione[modifica | modifica wikitesto]

In generale, i nanosensori sono possono essere prodotti con due metodologie differenti: litografia top-down e l’autoassemblaggio bottom-up.[2].

Litografia top-down[modifica | modifica wikitesto]

La litografia top-down (collegamento litografia) è il metodo con il quale si fabbricano la maggior parte dei circuiti integrati sfruttati in elettronica. Il metodo consiste nel partire da un materiale bulk (solitamente inorganico) e scavarlo in punti specifici tramite tecniche opto-chimiche, fino ad ottenere le forme desiderate.

Assemblaggio bottom-up[modifica | modifica wikitesto]

Un secondo modo di produrre nanosensori è attraverso il metodo di autoassemblaggio bottom-up, il quale sfrutta la tendenza di molecole (o parti di esse) fra loro simili ad attrarsi spontaneamente e formare strutture organizzate di ordine superiore. È un metodo molto sfruttato in ambito biomedico, specie partendo da molecole anfifiliche che tendono a disporre le parti polari e apolari in modo da formare sovrastrutture dette micelle.

(A) Un esempio di molecola di DNA usata come starter per un più ampio autoassemblamento. (B) Una immagine ottenuta dal microscopio ad energia atomica di una griglia nanometrica autoassemblante. Una "mattonella" di DNA si autoassembla in una nanogriglia di DNA bidimensionale.

Nanosensori presenti in natura[modifica | modifica wikitesto]

I più comuni nanosensori presenti in natura sono i recettori naturali per stimoli esterni. Per esempio la capacità olfattiva sfrutta dei recettori che percepiscono molecole di dimensioni nanometriche. Alcune piante, invece, utilizzano dei nanosensori per percepire la luce del sole. Vari pesci utilizzano dei nanosensori per percepire le vibrazioni nell'acqua, mentre molti insetti li utilizzano per percepire i ferormoni.[3] [4].

Nanosensori artificiali[modifica | modifica wikitesto]

Campo medico[modifica | modifica wikitesto]

I nanosensori sono utilizzati in campo medico soprattutto per la loro capacità di identificare e monitorare accuratamente particolari tessuti o singole cellule del corpo umano, studiandone le loro proprietà elettriche e ottiche. Ciò è possibile grazie al fatto che i nanosensori sono in grado di misurare eventuali fluttuazioni delle proprietà standard delle cellule, come ad esempio: modifiche di volume e concentrazione, spostamento, velocità, forze gravitazionali, elettriche e magnetiche, pressione e temperatura. I nanosensori, inoltre, sono in grado di distinguere e riconoscere i diversi tipi di cellule, comprese quelle tumorali[2] , il che li rende di grande interesse anche in campo oncologico. Inoltre, i nanosensori sono in grado di comunicare in tempo reale queste fluttuazioni, motivo per cui sono interessanti per la somministrazione di farmaci attraverso dispositivi in vivo. Un particolare tipo di nanosensore è, ad esempio, il LOC[5], ossia “Lab-On-A-Chip”, il quale sfrutta i principi della microfluidodinamica per studiare i segnali emessi dalle singole cellule o eventuali fluttuazioni di loro proprietà. Per esempio, sono state create delle lenti a contatto che contengono un nanosensore che monitora la pressione intraoculare e che, grazie ad un collegamento Wi-Fi, avverte un computer nel caso in cui questa salga troppo.

Sensori per imaging[modifica | modifica wikitesto]

Un esempio di utilizzo dei nanosensori riguarda le proprietà di imaging. Infatti, è possibile sfruttare particolari nanoparticelle, dette quantum dots, le quali, in determinate condizioni scelte dall’operatore, sono in grado di emettere fluorescenza e, pertanto, potrebbero permettere rilevare un tumore oppure particolari tratti di DNA.

Sensori per glucosio[modifica | modifica wikitesto]

Sono stati creati nanosensori in vivo in grado di monitorare in tempo reale i livelli di glicemia nel fluido ematico . Ciò permetterebbe, inoltre, di trasmettere le informazioni acquisite dal nanosensore ad un dispositivo in vivo in grado di immettere immediatamente insulina nell’organismo[6][4].

Visualizzatori di parti anatomiche difficilmente raggiungibili[modifica | modifica wikitesto]

In medicina classica i metodi per monitorare e visualizzare parti interne del corpo sono molto dolorosi e richiedono l’utilizzo, almeno blando, di sedativi. Si pensi, per esempio, all’invasività di una colonscopia, di una gastroscopia o di un’endoscopia. Per tale motivo si stanno studiando dei nanosensori che diano le stesse possibilità di visualizzazione, ma che siano semplicemente ingoiabili sotto forma di capsula o iniettabili direttamente nel sangue. Questi nanosensori, una volta terminato il loro scopo, possono essere espulsi naturalmente dal corpo oppure si possono ancorare loro stessi in modo permanente ai tessuti nel caso in cui si volesse riattivarli più in là nel tempo.[7]

Nanosensori Neurali[modifica | modifica wikitesto]

È possibile applicare dei LOC anche ai neuroni, in modo da riuscire a seguire i segnali elettrici mentre percorrono gli assoni e i nervi. Ciò può essere particolarmente utile, ad esempio, per capire dove si interrompe il segnale elettrico nel caso di danni neurologici gravi.

Altri settori[modifica | modifica wikitesto]

Sensori per metallo[modifica | modifica wikitesto]

Sono in studio sensori fluorescenti con sensibilità specifica per Fe, Cr, Hg...[3][8]

Scoperta di inquinanti[modifica | modifica wikitesto]

Ovviamente le stesse tecnologie si possono utilizzare per la scoperta di sostanze od inquinanti nell'ambiente[9]

Nanosensori per la visualizzazione di un plasmone superficiale localizzato[10][modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Applicazione di tecnologie avanzate micro e nano nella progettazione di sistemi bio-robotici
  2. ^ Foster LE., Medical Nanotechnology: Science, Innovation, and Opportunity, in Upper Saddle River: Pearson Education, 2006, ISBN 0-13-192756-6.
  3. ^ a b Lee MH, Wu JS, Lee JW, Jung JH, Kim JS, Highly sensitive and selective chemosensor for Hg2+ based on the rhodamine fluorophore, Org Lett. 2007 Jun 21;9(13):2501-4. Epub 2007 May 26
  4. ^ a b Ratner MA, Ratner D, Ratner M., Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea, in Upper Saddle River: Prentice Hall, 2003, ISBN 0-13-101400-5.
  5. ^ La diagnostica attraverso le nanoscienza (PDF), scienzattiva.eu.
  6. ^ Hitomi Takanaga, Bhavna Chaudhuri, and Wolf B. Frommer, GLUT1 and GLUT9 as the major contributors to glucose influx in HEPG2 cells identified by a high sensitivity intramolecular FRET glucose sensor, Biochim Biophys Acta. 2008 April; 1778(4): 1091–1099
  7. ^ La diagnostica attraverso le nanotecnologie (PDF), scienzattiva.eu.
  8. ^ Mao J, Wang L, Dou W, Tang X, Yan Y, Liu W.,Tuning the selectivity of two chemosensors to Fe(III) and Cr(III), Org Lett. 2007 Oct 25;9(22):4567-70. Epub 2007 Sep 27
  9. ^ Amanda J. Haes, Richard P. Van Duyne,, Nanoscale optical biosensors based on localized surface plasmon resonance spectroscopy,, in Proc. of SPIE, 5221,, pp. 47-58, [1].
  10. ^ Nazem A, Mansoori GA.,, Nanotechnology solutions for Alzheimer's disease: advances in research tools, diagnostic methods and therapeutic agents., in J Alzheimers Dis., 13(2),, pp. 199-223,.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]