Protezione della salute e dell'ambiente

L'impatto delle nanotecnologie sulla vita, sull'ambiente, sulla salute e sulla sicurezza nel prossimo secolo può essere paragonato all'impatto generale degli antibiotici, dei circuiti stampati e dei polimeri sulla società nel XX secolo. L'applicazione delle nanotecnologie potrebbe migliorare l'efficienza delle analisi nel campo della biologia, che richiede molto lavoro, come l'interpretazione del codice genetico. Lo sviluppo di metodi per determinare le caratteristiche genetiche individuali potrebbe rivoluzionare la diagnosi e il trattamento delle malattie. Oltre a ottimizzare la prescrizione dei farmaci, le nanotecnologie potrebbero consentire nuovi metodi di somministrazione dei farmaci agli organi malati, aumentandone notevolmente gli effetti terapeutici. I ricercatori dell'Università del Texas (USA) hanno compiuto un importante passo avanti nel rilevamento delle cellule tumorali utilizzando nanorods d'oro per produrre immagini di "luminescenza a due fotoni". Oltre l'85% di tutti i tumori ha origine nell'epitelio, che può avere uno spessore fino a 500 µm nell'organismo. Un potente strumento per diagnosticare tali tumori nelle fasi iniziali è il metodo della luminescenza a due fotoni, che può esaminare le cellule a centinaia di micron di profondità nel tessuto. Gli scienziati hanno già iniziato a studiare nuove classi di agenti di contrasto luminescenti (una sorta di marcatori). Tuttavia, la maggior parte di essi contiene metalli pesanti che non sono adatti all'uso clinico. Ma le nanoparticelle d'oro non solo sono compatibili con il corpo umano, ma permettono anche di ottenere un'immagine fino a 4 mila volte più luminosa rispetto a quando si utilizza il metodo dell'autofluorescenza. Con il nuovo "nanometodo" è possibile ottenere immagini di tessuti più profondi di 75 µm. Questa luminosità consente di individuare e diagnosticare il cancro nelle sue fasi iniziali.

I progressi della nanotecnologia possono essere utilizzati nella ricerca sulla biologia cellulare e sulla patologia. Lo sviluppo di nuove tecniche analitiche adatte a lavorare su scala nanometrica aumenterà notevolmente l'efficienza delle proprietà chimiche e meccaniche delle cellule (compresi la divisione e il movimento cellulare), oltre a rendere possibile la misurazione delle caratteristiche delle singole molecole. Queste nuove tecniche costituirebbero un complemento significativo alle metodologie relative allo studio del funzionamento degli organismi viventi. Inoltre, la generazione controllata di nanostrutture dovrebbe portare allo sviluppo di nuovi materiali biocompatibili con caratteristiche migliori. I costituenti molecolari dei sistemi biologici (proteine, acidi nucleici, lipidi, carboidrati e loro analoghi biologici) sono esempi di materiali la cui struttura e proprietà sono definite su scala nanometrica. I nanomateriali artificiali inorganici e organici possono essere introdotti nelle cellule, utilizzati per la diagnostica e impiegati come loro componenti attivi.

I biochip di DNA marcati con proteine sono ampiamente utilizzati per diagnosticare le malattie a livello molecolare e per produrre trattamenti con effetti collaterali minimi. La fabbricazione di questi chip prevede la deposizione di molecole di DNA (o proteine) contenenti tag fluorescenti o di altro tipo su un substrato speciale. Sui microchip vengono depositati sonde e geni contenuti negli agenti patogeni delle malattie da analizzare (ad esempio antrace, vaiolo o altre malattie pericolose che potrebbero essere negli arsenali dei bioterroristi).