2.2 Definizione di nanotecnologia
CARATTERIZZAZIONE SECONDARIACARATTERIZZAZIONE PRIMARIA
DLS, FFF Distribuzione dimensionale
Misura della Mobilità Elettroforetica o del Potenziale Zeta (ZP)
Carica superficiale
BET surface area (adsorbimento molecole di N2) Area superficiale e porosità
Turbidimetro, Nefelometro, UV-Vis Sedimentazione
DLS Aggregazione
SEM e HR-SEM (fino a 20-30 nm), TEM e HR- TEM (fino a 1 nm); AFM e STM (liv. atomico) Morfologia (dimensioni, struttura
cristallina, coatings…) ICP-MS, HPLC-MS Composizione - purezza STRUMENTAZIONE PROPRIETA’ CARATTERIZZAZIONE SECONDARIA CARATTERIZZAZIONE PRIMARIA DLS, FFF Distribuzione dimensionale
Misura della Mobilità Elettroforetica o del Potenziale Zeta (ZP)
Carica superficiale
BET surface area (adsorbimento molecole di N2) Area superficiale e porosità
Turbidimetro, Nefelometro, UV-Vis Sedimentazione
DLS Aggregazione
SEM e HR-SEM (fino a 20-30 nm), TEM e HR- TEM (fino a 1 nm); AFM e STM (liv. atomico) Morfologia (dimensioni, struttura
cristallina, coatings…)
ICP-MS, HPLC-MS Composizione - purezza
STRUMENTAZIONE PROPRIETA’
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meccanismi di tossicità. La cosa è a tal punto rilevante che, da circa due anni, la tendenza delle più autorevoli riviste scientifiche di tossicologia ed ecotossicologia è quella di non accettare la sottomissione di alcun lavoro qualora in esso non sia presente una sezione specifica dedicata alla caratterizzazione degli ENM utilizzati nei test. Un forte sostegno alla sensibilizzazione di tali aspetti è stato promosso, ad esempio, da iniziative quali la “MINChar (Minimum Information for Nanomaterial Characterization) initiative”, un forum scientifico istituito verso la fine del 2008, nel quale è possibile sia discutere le idee inerenti la caratterizzazione, sia condividere ed interpretare i risultati ottenuti (http://characterizationmatters.org/).
Il confronto bibliografico ha fatto emergere quelle che, alla data attuale, costituiscono le proprietà maggiormente indagate durante le fasi di caratterizzazione e che sono: composizione e purezza, morfologia, superficie specifica, carica superficiale, tendenza all‟aggregazione e alla sedimentazione (stabilità) e distribuzione dimensionale degli aggregati.
La conoscenza delle caratteristiche di composizione e di purezza dei vari ENM rappresenta un‟informazione basilare per la realizzazione e la lavorazione di tali materiali, nonché un punto di riferimento per la determinazione e la comprensione di tutte le altre proprietà chimico-fisiche. La morfologia delle singole ENP sembra essere rilevante in quanto condizionerebbe la solubilità di tali particelle in un mezzo acquoso e, quindi, l‟effettiva disponibilità per gli organismi ad esse esposti. Peng et al (2011) hanno studiato il legame presente tra la solubilità delle ENP di ZnO in acqua marina e 4 diverse varietà morfologiche di tali particelle: sferiche fini, sferiche più grossolane, nanorods (a bastoncino) e nanoneedles (aghiformi). Ne è emerso che la solubilità è stata minima per le ENP sferiche fini e massima per quelle aghiformi.
In generale, la superficie specifica (cm2 g-1) di una sostanza è di per sé importante poiché è positivamente correlata alla reattività di questa. In aggiunta, nel caso più particolare delle ENP, la superficie specifica, essendo legata alla proprietà dell‟area superficiale (cm2), contribuisce fortemente a determinare il reale scenario espositivo di tali NP nei confronti degli organismi, con una rappresentatività maggiore del tradizionale concetto di quantità (Savolainen et al, 2010) (cfr. par. 5.1.2). Come termine di confronto, si pensi che il nTiO2, impiegato in questa tesi, a fronte di
una dimensione pari a 60 nm, offre una superficie specifica pari a c.a 60 m2 g-1. I Carbon Nano Tubes, invece, di dimensioni pari a 20 nm possono mostrare una superficie specifica di c.a 100 m2 g-1, valore che può spingersi oltre gli 800 m2 g-1 se il diametro delle ENP si riduce a 2 nm (Peigney et al, 2001).
La carica superficiale si determina mediante la misura del potenziale Zeta (δ) (mV). Questo equivale alla differenza di potenziale esistente all‟interno del doppio strato elettrico che si viene a formare sulla superficie delle particelle, il cui spessore, a parità di altre condizioni, dipende dai
DIEGO MINETTO – Tesi di Dottorato in Scienze Ambientali – XXIV Ciclo 31 valori di pH del mezzo in cui la sostanza è dispersa. La misura della carica superficiale è molto importante poiché è un indice della stabilità di una ENP in un mezzo acquoso. Per valori minori di circa -30 mV e maggiori di circa +30 mV il sistema è elettricamente stabile, perché le particelle hanno un potenziale, rispettivamente, fortemente negativo o positivo quindi si respingono tra di loro e rimangono disperse. Viceversa, tanto più δ si avvicina allo 0, tanto più esse tendono ad avvicinarsi ed a formare agglomerati di particelle più grosse. Al limite, se δ = 0, allora il sistema ha il massimo dell‟instabilità (Scown et al, 2010).
La tendenza alla sedimentazione e la distribuzione in classi granulometriche degli agglomerati formatisi sono, come sembra logico, di fondamentale importanza per la determinazione dell‟effettiva disponibilità di una ENP nel mezzo e, quindi, del reale scenario di esposizione per un organismo.
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2.6 Proprietà ed applicazioni: il mercato delle nanoparticelle
Attualmente, i prodotti sul mercato contenenti ENP sono già più di 1000 ma è previsto che diventino 10˙000 entro i prossimi dieci anni (George et al, 2011). Secondo il Project on Emerging Nanotechnologies, nel quinquennio 2006 - 2011, il numero dei prodotti è aumentato del 521%, passando da 212 a 1317 (Woodrow Wilson International Center for Scholars and the Pew Charitable Trusts - http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/).
Figura 2.15 – Incremento dei beni di consumo contenenti ENP nel quinquennio 2006-2011 - (Project on Emerging Nanotechnologies, Woodrow Wilson International Center for Scholars and the Pew Charitable Trusts - http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/).
Nella sua tesi di Dottorato, Müller propone una stima della produzione annua delle principali ENP, ovvero, secondo il Woodrow Wilson Institute, di nTiO2, nAg e CNTs (Müller, 2007). Dal
suo lavoro emerge come il nTiO2 sia la NP in assoluto più prodotta, ben 5000 tonnellate
all‟anno, seguita dal nAg con 1230 tonnellate annue ed infine dai CNTs con 350 tonnellate annue. 212 230 321 356 475 580 606 803 1015 1317 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 mar 0 6 apr 0 6 set 0 6 nov 0 6 mag 0 7 ott 07 feb 08 ago 08 ago 09 mar-11 n ° d i p ro d o tti