RICERCA ITALIANA     

Cooperazione Italia-Stati Uniti per l'Implementazione dei Nanocristalli in Nuove Tecnologie

Università degli Studi di Lecce

Abstract

Lo scopo del presente progetto di ricerca è quello di riunire insieme unità di ricerca in Italia e negli Stati Uniti con una consolidata esperienza internazionale in una serie di settori specialistici delle nanoscienze e nelle nanotecnologie, con particolare riferimento a tematiche inerenti il settore dei NC (NC), e di integrarle in un “laboratorio congiunto transnazionale”. Il progetto pone chiara enfasi sui NC e giustifica pienamente questo sforzo poiché è ampiamente riconosciuto che tali NC sono materiali di estremo interesse per nuove applicazioni ad elevato contenuto tecnologico. I maggiori vantaggi offerti dai NC in tali possibili applicazioni sono infatti la dipendenza delle proprietà ottiche, elettroniche, magnetiche e di conduzione di tali NC dalle loro dimensioni e dalla loro forma, la loro facilità di fabbricazione, la loro robustezza e la loro adattabilità ad essere integrati con tecnologie ormai consolidate (industria dei semiconduttori, tecnologie dei display, applicazioni biomediche). Questo progetto di cooperazione punta a scoprire e a sviluppare nuovi principi, nuovi concetti e nuovi metodi per la fabbricazione e l’assemblaggio di NC e ad integrarli con materiali e tecnologie già esistenti o in fase di sviluppo. Nel seguente progetto, prevediamo di affrontare una serie di problematiche inerenti alle scienze e tecnologie dei NC. Nel contesto delle scienze della vita, queste includeranno ad esempio l’implementazione di NC in studi biologici, sia come>>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Roberto CINGOLANI, Universita' degli Studi di LECCE

Obiettivo del Finanziamento

I nanocristalli (NC) colloidali sono materiali di punta nell’ambito della rivoluzione in atto nelle nanoscienze e nelle nanotecnologie [1]. Le dimensioni di questi oggetti variano da qualche manometro (clusters di pochi atomi) a qualche centinaio di manometri. I NC sono sintetizzati in soluzione in grandi quantità (1010–1015 particelle per ml) con una stretta distribuzione di dimensioni e di forme e a basso costo. I NC sono molto versatili poiché le loro proprietà chimico-fisiche possono essere controllate variandone dimensione, forma e composizione. I NC sono stati ampiamente sviluppati durante l’ultimo decennio e notevoli progressi sono stati compiuti nella loro sintesi. Oggi è possibile fabbricare NC con forme e dimensioni controllate (spere [2], rods [3] e nanostrutture ramificate [4]). Inoltre, sono state dimostrate varie potenziali applicazioni di questi materiali nei settori tecnologici più svariati, quali ad esempio l’optoelettronica [5], la marcatura cellulare [6], la sensoristica [7], il fotovoltaico [8], l’elettronica [9] e la catalisi [1].
Lo scopo del seguente progetto di ricerca è quello di implementare la collaborazione scientifica fra diversi istituti di ricerca in Italia e negli Stati Uniti nel campo delle nanotecnologie e delle nanoscienze, con particolare riferimento a tematiche inerenti i NC colloidali. I maggiori obiettivi scientifici di questa cooperazione sono i seguenti:
1. Lo sviluppo di nuovi concetti e metodi per la sintesi di una nuova. Le dimensioni di questi oggetti variano da qualche manometro (clusters di pochi atomi) a qualche centinaio di manometri. I NC sono sintetizzati in soluzione in grandi quantità (1010–1015 particelle per ml) con una stretta distribuzione di dimensioni e di forme e a basso costo. I NC sono molto versatili poiché le loro proprietà chimico-fisiche possono essere controllate variandone dimensione, forma e composizione. I NC sono stati ampiamente sviluppati durante l’ultimo decennio e notevoli progressi sono stati compiuti nella loro sintesi. Oggi è possibile fabbricare NC con forme e dimensioni controllate (spere [2], rods [3] e nanostrutture ramificate [4]). Inoltre, sono state dimostrate varie potenziali applicazioni di questi materiali nei settori tecnologici più svariati, quali ad esempio l’optoelettronica [5], la marcatura cellulare [6], la sensoristica [7], il fotovoltaico [8], l’elettronica [9] e la catalisi [1].
Lo scopo del seguente progetto di ricerca è quello di implementare la collaborazione scientifica fra diversi istituti di ricerca in Italia e negli Stati Uniti nel campo delle nanotecnologie e delle nanoscienze, con particolare riferimento a tematiche inerenti i NC colloidali. I maggiori obiettivi scientifici di questa cooperazione sono i seguenti:
1. Lo sviluppo di nuovi concetti e metodi per la sintesi di una nuovaI nanocristalli (NC) colloidali sono materiali di punta nell’ambito della rivoluzione in atto nelle nanoscienze e nelle nanotecnologie [1]. Le dimensioni di questi oggetti variano da qualche manometro (clusters di pochi atomi) a qualche centinaio di manometri. I NC sono sintetizzati in soluzione in grandi quantità (1010–1015 particelle per ml) con una stretta distribuzione di dimensioni e di forme e a basso costo. I NC sono molto versatili poiché le loro proprietà chimico-fisiche possono essere controllate variandone dimensione, forma e composizione. I NC sono stati ampiamente sviluppati durante l’ultimo decennio e notevoli progressi sono stati compiuti nella loro sintesi. Oggi è possibile fabbricare NC con forme e dimensioni controllate (spere [2], rods [3] e nanostrutture ramificate [4]). Inoltre, sono state dimostrate varie potenziali applicazioni di questi materiali nei settori tecnologici più svariati, quali ad esempio l’optoelettronica [5], la marcatura cellulare [6], la sensoristica [7], il fotovoltaico [8], l’elettronica [9] e la catalisi [1].
Lo scopo del seguente progetto di ricerca è quello di implementare la collaborazione scientifica fra diversi istituti di ricerca in Italia e negli Stati Uniti nel campo delle nanotecnologie e delle nanoscienze, con particolare riferimento a tematiche inerenti i NC colloidali. I maggiori obiettivi scientifici di questa cooperazione sono i seguenti:
1. Lo sviluppo di nuovi concetti e metodi per la sintesi di una nuova generazione di NC caratterizzati da un elevato controllo delle dimensioni, della forma (e delle relative distribuzioni), e della composizione chimica. Nell’ultimo caso, i NC saranno cresciuti sia come strutture core/shell, che come strutture composte da differenti domini di vari materiali (ad esempio, un ossido e un semiconduttore, oppure un metallo nobile e un metallo ferromagnetico). Gli approcci sintetici innovativi per questi materiali saranno basati sia sul sistema classico di sintesi in un reattore, che su un sistema microfluidico.
2. L’integrazione di questa nuova generazione di NC con materiali e tecnologie già esistenti o innovative, con particolare riferimento a fotonica, optoelettronica e nanoelettronica. Ciò includerà, ad esempio, lo sviluppo di diodi a larga area emettitori nel bianco basati su uno strato attivo di polimeri e NC. L’integrazione di tecniche colloidali con tecniche di fabbricazione nanometrica e con metodi di nano-manipolazione porterà alla fabbricazione di microcavità 2D e 3D in cui il materiale attivo sarà costituito da NC inglobati in una matrice polimerica. Un altro aspetto che affronteremo sarà la progettazione e l’assemblaggio di dispositivi a singolo NC in cui degli elettrodi saranno collegati con nanorods e tetrapods dotati di punte metalliche (in Au, Pd, Pt) al fine di facilitare il collegamento agli elettrodi e garantire un trasporto più efficiente.
3. Lo sviluppo di nuovi strumenti per studi biologici basati su NC. I NC verranno impiegati sia come marcatori fluorescenti che magnetici, e integrati in unità più articolate in grado di compiere dei compiti elaborati all’interno di un ambiente biologico. A tal fine, si svilupperanno delle tecniche innovative per legare NC a biomolecole e per assemblare i coniugati risultanti in architetture complesse. Questi studi punteranno anche a stabilire la tossicità di tali NC nei confronti delle cellule, allo scopo di progettare dei nano-sistemi il più possibile bio-compatibili.
4. Lo studio delle proprietà fondamentali dei NC. I NC verranno studiati in maniera dettagliata attraverso una combinazione di approcci sperimentali (spettroscopie ottiche e di trasporto) e teorici. Gli strumenti teorici permetteranno di predire le proprietà ottiche lineari e non-lineari dei NC, le loro proprietà di trasporto, e di modellare i processi di FRET nei confronti di molecole organiche legate ai NC. Le spettroscopie ottiche risolte nel tempo saranno utilizzate per osservare i processi non-lineari, mentre la microscopia confocale permetterà di studiare le proprietà di emissione da singolo nanocristallo, consentendo di superare gli effetti del broadening disomogeneo presenti nelle misure d’insieme.
E’ chiaro che l’implementazione di questa collaborazione richiede abilità multidisciplinari che coinvolgono chimica, fisica, biologia e scienze dei materiali, e che hanno le nanoscienze come denominatore comune. Affinché questa cooperazione abbia successo, è necessaria una stretta e attiva collaborazione, in modo da integrare le abilità e le risorse di tutte le istituzioni coinvolte. Pertanto, una parte significativa del finanziamento richiesto assicurerà la mobilità dei ricercatori, con particolare enfasi nei confronti dei ricercatori più giovani e promettenti (Il progetto prevede contratti per giovani ricercatori). Una parte del finanziamento richiesto coprirà i costi di mobilità per i dottorandi, per i borsisti, per i ricercatori e per i docenti degli istituti italiani coinvolti, al fine di sviluppare gli argomenti di ricerca inerenti a tale progetto. Da parte statunitense, le istituzioni coinvolte cofinanzieranno significativamente il progetto, e inoltre ricercatori e docenti di queste istituzioni svolgeranno periodi di ricerca presso i partner italiani coinvolti.
I rappresentanti delle istituzioni italiane organizzeranno in Italia un meeting, alla fine del 19° mese di vita del progetto, insieme ai rappresentanti delle istituzioni statunitensi. Lo scopo di questo meeting sarà quello di fare il punto sul progresso scientifico delle varie attività. Il meeting sarà organizzato sotto forma di un simposio interno al quale i ricercatori delle varie istituzioni coinvolte presenteranno i propri risultati scientifici. L’investimento in risorse umane è ovviamente un aspetto rilevante di questa collaborazione, e soprattutto la loro mobilizzazione è di fondamentale importanza. Ciò rafforzerà la collaborazione scientifica fra le due nazioni e creerà la massa critica necessaria per compiere dei passo concreti in un settore chiave quale è quello delle nanotecnologie.

1. Schmidt, G., Nanoparticles: from theory to applications. 2004: Wiley.
2. Alivisatos, A.P., Science, 1996. 271(16 February): p. 933-937.
3. Manna, L., et al., J. Am. Chem. Soc., 2002. 124(24): p. 7136-7145.
4. Manna, L., et al., Nature Materials, 2003. 2(6): p. 382-385.
5. Tessler, N., et al., Science, 2002. 295(5559): p. 1506-1508.
6. Parak, W.J., et al., Nanotechnology, 2003. 14(7): p. R15-R27.
7. Joseph, Y., et al., Journal of Physical Chemistry B, 2003. 107(30): p. 7406-7413.
8. Huynh, W.U., J.J. Dittmer, and A.P. Alivisatos, Science, 2002. 295(5564): p. 2425-2427.
9. Klein, D.L., et al., Nature, 1997. 389(6652): p. 699-701.]>>>

Durata

36 mesi