Sintesi di nanoparticelle e di microparticelle

Microparticelle e nanoparticelle costituiscono una categoria speciale di materiali dall’enorme potenziale tecnologico per applicazioni nel settore dell’energia, in quello dell’imaging, in campo medicale e in quello ambientale. Si definiscono nanoparticelle quelle particelle per cui almeno una delle tre dimensioni è inferiore a 100 nanometri. Le microparticelle, invece, sono caratterizzate da dimensioni fisiche approssimativamente comprese tra 1 e 1000 micrometri. Nonostante abbiano la stessa composizione del corrispondente materiale in massa, per effetto delle ridotte dimensioni queste particelle mostrano eccezionali caratteristiche ottiche, elettriche, termiche e magnetiche. I ricercatori hanno sviluppato metodi di sintesi finalizzati a un miglior controllo sulle caratteristiche delle particelle (proprietà, forma, composizione e distribuzione dimensionale), così da adeguarle meglio alle specifiche applicazioni.

La sintesi di microparticelle e nanoparticelle viene solitamente condotta con metodi fisici o chimici. I metodi fisici consentono di creare le particelle riducendo le dimensioni del materiale di partenza; è il cosiddetto approccio “top-down” per la microfabbricazione e la nanofabbricazione. Le tecniche fisiche comprendono macinazione, condensazione in gas inerte, elettro-spray, litografia, decomposizione termica. In numerosi metodi chimici, le particelle vengono create per nucleazione e accrescimento a partire da precursori atomici o molecolari, solitamente tramite reazioni chimiche in fase liquida o vapore; è il cosiddetto approccio “bottom-up”. I metodi chimici per la sintesi di microparticelle e nanoparticelle includono: microemulsioni, sintesi idrotermica, microfluidica, metodi chimici da fase vapore, pirolisi e processi sol-gel. La sintesi chimica di nanoparticelle produce nanostrutture con meno difetti, permette di ottenere materiali dalla composizione chimica più complessa ed omogenea; inoltre, è facilmente scalabile dati il costo contenuto e la rapidità di fabbricazione.

Poiché queste tecniche spesso richiedono un forte impiego di risorse umane e generano sottoprodotti tossici, sono stati sviluppati metodi biologici e vie di sintesi “verdi”, come la biogenesi di nanoparticelle mediante microrganismi ed estratti vegetali. Questi metodi sono sostenibili, dal momento che producono particelle atossiche, sviluppate in maniera ecosostenibile e adatte per applicazioni biomediche e ambientali.