7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

1/7

03/10/2013

1

Lezione 1

NANOPARTICELLE E PATOLOGIE AMBIENTALI:

METODI DI INDAGINE

PROF. GIUSEPPE STELLA

DIPARTIMENTO DI FISICA E ASTRONOMIA

Cell. 328 1847570

Email: giuseppe.stella@ct.infn.it

DEFINIZIONE

Nate da qualche decennio, le nanoscienze e le nanotecnologie

interessano particelle la cui grandezza nellordine del nanometro,

equivalente ad un mil iardesimo di metro (o, se si preferisce, un

milionesimo di millimetro), una dimensione inferiore decine di migliaia di

volte allo spessore di un capello umano

Una branca delle nanotecnologie, quella pi conosciuta nel campo

biomedico, dedicata alla costruzione di dis positivi su scala molecolare,

mediante il trasferimento del laboratorio di sintesi sulla scala nanometrica

NANOTECNOLOGIE E SALUTE 1/2

(nanotecnologie molecolari).

Si pensi, solo per fare alcuni esempi, alle possibilit diagnostiche e terapeutiche (in

particolare i dispositivi miniaturizzati da impiantare nel corpo umano a scopo di diagnosi

precoce delle malattie o i materiali capaci di migliorare la biocompatibilit degli organi

trapiantati)

7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

2/7

03/10/2013

2

NANOTECNOLOGIE E SALUTE 2/2

Lapplicazione delle nanotecnologie in campo biomedico si propone

l obiett ivo di realizzare un moni toraggio completo e cont inuo

dellorganismo umano e d i contrib uire alla tutela della salute, lavorando

a livello molecolare er ottenere benefici medici e clinici mediante

lutilizzo di nanodispositivi e nanostrutture.

RICERCA

European Science Foundation 2005(1)

(1) European Science Foundation Policy Briefi ng, n. 23, February 2005.

Lottimizzazione delle

tecnologie gi

esistenti per una pi

completa applicazione

nel settore medico

Lo sviluppo di nuovi

sistemi multifunzionaliper la diagnosi delle

malattie e la

somministrazione mirata

dei farmaci

Un aumento delle

competenze e delleconoscenze che

consenta di produrre

materiali sempre pi

affidabili, specializzati,

riproducibili,

aumentando lefficacia e

riducendo i costi

Rischi per la salute dei

prodotti nanotecnologici

Lalto rapporto superficie/massa, le dimensioni atomiche e la

facilit con cui le nanoparticelle possono assorbire e veicolare altre

sostanze: proprio le caratteristiche che rendono attraenti i

nanomateriali, su eriscono anche una certa rudenza nel loro

utilizzo in campo biomedico.

Lestrema penetrabilit delle nanoparticelle costituisce il segreto

delle loro potenzialit, ma non vanno sottovalutati i rischi connessi

alla nano-dimensione, visto che da pi parti si sottolinea come non

siano ancora chiare le possibili interazioni tra le le nanoparticelle e

l'organismo umano.

7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

3/7

03/10/2013

3

Rischi per la salute dei

prodotti nanotecnologici

Sono per soprattutto gli studi pi recenti sulle polveri ultrasottili

(quelle dalle dimensioni inferiori al decimo di micron), e in special

modo quelli relativi alle frazioni pi picc ole di queste classi di aerosol,

prime indagini specifiche.

Le polveri ultrafini derivate dalla combustione del carbone, i l

nerofumo, il particolato dei motori diesel ed i fumi di saldatura: sono

questi i materiali contenenti significative frazioni dalle dimensioni

dellordine dei nanometri sui quali si hanno gi buone c onoscenze

relative ai loro effetti avversi sulla salute.

Rischi per la salute dei

prodotti nanotecnologici

Creme protettive solari a basi di bioss ido di ti tanio, vetri autopulenti

e isolanti (anchessi a base di TiO2), material i per favorire e

prolungare alcuni processi catal i tic i, nanotubi metal l ic i

, ,

amorfi, nanoparticelle organiche uti lizzate nellindustria farmaceutica

Prevenzione sui luoghi di

lavoro e per lambiente: statoattuale delle conoscenze

Nelligiene del lavoro ormai consolidata la distinzione delle polveri

a seconda della loro granulometria (o, pi esattamente, a seconda

del loro diametro equivalente) in base alla possibilit che esse

hanno di raggiungere i vari tratti dellapparato respiratorio e di

esservi tr attenute.

7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

4/7

03/10/2013

4

Le particelle le cui dimensioni sono tra i 5 micron e i 0,5 micron

fanno parte della frazione respirabile . Le particelle di dimensioni

Prevenzione sui luoghi di

lavoro e per lambiente: stato

attuale delle conoscenze

inferiori, e specialmente quelle estremamente sottili, fino a circa un

decennio fa erano considerate alla stregua di sostanze inerti: si

ri teneva, cio, che esse venissero inalate ed espirate senza

interferire con le strutture degli epiteli polmonari.

Prevenzione sui luoghi di

lavoro e per lambiente: stato

attuale delle conoscenze

La fisica ha da tempo dimostrato che le polveri ultrasottili sono

tenute in sospensione dal moto browniano: esse, pertanto, non sono

so ette a caduta inerziale o a sedimentazione e tendono a

permanere indefinitamente sospese nellaria, da cui sono rimosse

soltanto dalle correnti o dalle piogge. Inoltre, proprio in virt del

moto browniano, la distribuzione di tali polveri nello spazio dipende

unicamente dal meccanismo della diffusione.

La normativa tecnica che regola il campionamento dellaria confinata e ne definisce le

classi (UNI-EN 481) ha di fatto trascurato (e, indirettamente ma sostanzialmente,

sottostimato) le frazioni ultrasottili.

..

7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

5/7

03/10/2013

5

Com fatto un atomoZ protoni

mp= 1.673

10-27 kg

q = +e = 1.6

10-19 C

N neutroni

Numero di massa:A = Z + N

Notazione:

Ratomo 105!

Rnucleo

Rnucleo 10-15m = 1 fm

Ratomo 10-10m = 1

mn = 1.675

10-27 kg

q = 0

Z elettroni

me = 9.109

10-31 kg

q = -e = -1.6

10-19 Cil nucleo 100000 voltepi piccolo dellatomo!

XA

Z

Numero atomico e peso atomico

atomi92 elementi naturali

dimensioni 108 cm = nucleo (protoni, neutroni) + elettroni

Z = numero atomicoA = numero di massa

=A = Z + N

peso atomico :

riferito all' isotopo 12 del carbonio (12C)unit di misura SI :

1 unit di massa atomica (u.m.a.) = 1 dalton = 1.66 10-24 g

grammo-atomo

Atomi, nuclei, particelle:

le loro dimensioni

7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

6/7

03/10/2013

6

Le particelle subatomiche

carica elettrica

dimensione

elettronee

< 1018cm(*)

protone+ e

1013cm

neutrone

0

1013cmmassa

vita media

9.07 1028 g

stabile

(*) limite superiore

1.67 1024 g

stabile

1.67 1024 g

17 min(**)(**) neutrone libero

Elementi chimici

TAVOLA PERIODICA

Elementi chimici: atomi con diverso Znaturali: da idrogeno (Z=1) a uranio (Z=92)artificiali: tecnezio (Z=43) e transuranici (Z>92)

DI MENDELEEV

Isotopi

Isotopi:stesso n.protoni Zdiverso n.neutroni N(stessa specie chimica, diversa massa)

N

stabiliradioattivi(naturali e artificiali)

ZStabilita dei nuclei:Nuclei leggeri (Z 20) N = ZNuclei pesanti (Z > 20) N > Z come si spiega?

7/27/2019 Lezione 1 Stella 2013

7/7

03/10/2013

7

Abbondanza isotopica

isotopi = elementi con stesso Z e diverso N

12C13C

66

1213

67

98.891.11 12.011

elemento isotopi Z A N=AZabbondanzarelativa (%)

pesoatomico

carbonio

14C 6 14 8 tracceossigeno 16O

17O18O

888

161718

89

10

99.7590.0370.204

15.9994

potassio 39K40K41K

191919

394041

202122

93.1380.0126.800

39.0983

piombo 204Pb206Pb207Pb208Pb

82828282

204206207208

122124125126

1.326.020.752.0

207.19