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Il premio Nobel per la Chimica è stato assegnato a Sauvage, Stoddart e Feringa

I tre scienziati sono stati premiati per i loro studi sulle "macchine molecolari": l'annuncio è stato fatto questa mattina a Stoccolma

Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa hanno vinto il premio Nobel per la Chimica 2016 per i loro studi sulle “macchine molecolari”, migliaia di volte più piccole del diametro di un capello e realizzate per compiere attività a livello molecolare di vario tipo: da minuscoli motori per spostare materiale in un organismo a minuscoli muscoli.

Richard Feynman, noto soprattutto per le sue ricerche sulle nanotecnologie, ipotizzò negli anni Ottanta del Novecento la costruzione di macchinari piccolissimi per svolgere vari compiti e con dimensioni nell’ordine di pochi nanometri (un miliardesimo di metro), imitando alcune strutture simili già esistenti in natura. Feynman pensava di potere raggiungere questo risultato creando macchine che a loro volta ne avrebbero assemblate di più piccole fino a raggiungere il massimo della miniaturizzazione possibile, ma i suoi tentativi in questo senso non portarono molto lontano. Il ricercatore aveva però anche teorizzato un processo inverso: usare particolari sostanze da spruzzare su una superficie, creando vari strati e dissolvendo poi le parti non necessarie, creando infine una minuscola macchina da controllare attraverso labili impulsi elettrici.

Feynman aveva però trascurato il fatto che già all’epoca ci fossero ricercatori al lavoro nei laboratori di chimica per ottenere gli stessi risultati, seguendo strade diverse da quelle che aveva tentato e ipotizzato. Di solito le molecole sono tenute insieme da forti legami covalenti, nei quali gli atomi condividono i loro elettroni. I ricercatori stavano studiando il modo di creare dei legami di tipo meccanico, dove le molecole sono tenute insieme senza che i loro atomi debbano interagire tra loro. I primi risultati furono ottenuti tra gli anni Cinquanta e Sessanta, ma con processi molto complessi e che consentivano di realizzare catene molecolari corte e con funzionalità assai ridotte. Negli anni Ottanta, ai tempi delle proposte di Feynman, la ricerca era sostanzialmente in una fase di stallo. Poi arrivò Jean-Pierre Sauvage.

Jean-Pierre Sauvage stava lavorando a una sua ricerca in tutt’altro ambito: la fotochimica, cioè lo studio delle reazioni chimiche indotte dall’interazione della luce con la materia. Durante la costruzione di un modello, si rese conto che assomigliava molto a una catena molecolare costituita da due molecole avviluppate insieme intorno a uno ione di rame. Sfruttando questo modello, il suo gruppo di ricerca sviluppò due molecole a mezzaluna tra loro simmetriche, che potevano essere attratte da uno ione di rame, che permetteva di mantenerle insieme. Sfruttando una terza molecola, fu possibile creare un primo anello di una catena molecolare a sé stante, rimuovendo lo ione di rame che era servito per la sua costruzione. Grazie a questa intuizione fu rilanciata la ricerca sulle catene e le macchine molecolari, presupposto fondamentale per i progressi raggiunti negli ultimi anni.

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Nel 1994, il gruppo di ricerca di Sauvage realizzò una catena in cui un anello poteva ruotare intorno all’altro, creando il primo passo verso la costruzione delle macchine molecolari. Un altro importante tassello in questo nuovo campo di ricerca fu messo da Fraser Stoddart nel 1991 con la costruzione di un anello molecolare aperto privo di elettroni e di un asse con strutture ricche di elettroni. Mettendoli in una soluzione, fu possibile inserire l’anello sull’asse, chiuderlo in modo che non sfuggisse e farlo muovere avanti e inditro lungo l’asse applicando del calore. Tre anni dopo, la tecnica fu affinata consentendo di controllare con precisione il movimento dell’anello lungo l’asse molecolare.

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Da più di 20 anni, il gruppo di ricerca di Stoddart ha utilizzato questo meccanismo molecolare per realizzare diverse macchine, come dei minuscoli montacarichi che si possono sollevare da soli di 0,7 nanometri e un muscolo artificiale, che può piegare sottilissime lamine di metallo. I sistemi di Stoddart sono stati sperimentati anche per la produzione di processori molecolari di nuova generazione, che potrebbero offrire capacità di calcolo enormemente superiori a quelle dei processori in silicio, consumando molte meno risorse.

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Il primo motore molecolare è stato invece ideato e costruito da Ben Feringa con l’aiuto dei suoi ricercatori nel 1999. A lui si deve il merito di avere trovato il modo per far sì che le molecole girino tutte nelle stessa direzione, invece che caoticamente come avviene di solito. In media, infatti, una molecola gira su se stessa verso destra lo stesso numero di volte che verso sinistra. Feringa è riuscito a imbrigliarle e a fare in modo che girino sempre dalla stessa parte.

Sauvage, Stoddart e Feringa hanno avuto il merito di aprire un nuovo ambito di ricerca nella chimica, realizzando sistemi molecolari impensabili fino a qualche decennio fa con grandi potenzialità in molti ambiti, da quello medico a quello della ricerca di nuovi materiali. Le loro scoperte in un certo senso sono paragonabili a quelle ottenute negli anni Trenta dell’Ottocento con i motori elettrici: la tecnologia era ormai nota, ma nessuno aveva previsto quanto avrebbe rivoluzionato la vita di tutti noi.

Jean-Pierre Sauvage è nato nel 1944 a Parigi, ha conseguito il dottorato nel 1971 presso l’Università di Strasburgo, dove è docente emerito.
Sir J. Fraser Stoddart è nato nel 1942 a Edimburgo, nel Regno Unito, e ha conseguito il suo dottorato nel 1966 presso l’Università di Edimburgo, ora fa parte della Northwestern University negli Stati Uniti.
Bernard L. Feringa è nato nel 1951 a Barger-Compascuum nei Paesi Bassi, e ha conseguito il dottorato nel 1978 presso l’Università di Groninga, dove insegna chimica.