1.5. Il chimico ingegnere

La logica seguita dai chimici per costruire dal basso congegni e macchine di dimensioni nanometriche è molto semplice e può essere illustrata nel modo seguente (Fig. 8). Per ottenere un’apparecchiatura del mondo macroscopico (per esempio, un asciugacapelli), l’ingegnere costruisce dei componenti (un interruttore, un ventilatore, una resistenza), ciascuno dei quali è in grado di svolgere un’azione specifica, e poi li assembla in modo opportuno, ottenendo così un’apparecchiatura che, alimentata da energia, compie una funzione utile. Il chimico procede allo stesso modo, con la differenza però che il suo lavoro ingegneristico avviene a livello molecolare. Stabilita la funzione che il dispositivo deve compiere, inizia con la costruzione dei componenti necessari, che sono molecole capaci di svolgere compiti specifici (molecole programmate); poi assembla i vari componenti molecolari in strutture supramolecolari organizzate, in modo che l’insieme coordinato delle azioni dei componenti possa dar luogo alla funzione richiesta (Balzani 2008).

Fig. 8. Un congegno macroscopico (a) è un insieme ordinato di componenti costruito allo scopo di svolgere una funzione. Questo concetto si può applicare anche per la costruzione di congegni ultraminiaturizzati, cioè di scala nanometrica (b). Assemblando in maniera opportuna un certo numero di molecole prescelte si può ottenere una struttura supramolecolare capace di svolgere una funzione più complessa di quelle svolte dai singoli componenti.

La ricerca in questo campo ha già permesso di ottenere tutta una serie di dispositivi a livello molecolare in grado di imitare le funzioni compiute dai componenti delle odierne apparecchiature elettroniche: fili capaci di condurre elettroni o energia, interruttori capaci di permettere o proibire il passaggio di questi flussi, sistemi presa/spina e prolunga, rettificatori di corrente, antenne per la raccolta dell’energia luminosa, elementi di memoria, porte logiche, ecc.

In questo libro descriveremo gli esempi più significativi di macchine molecolari artificiali; prima, però, è utile illustrare brevemente il funzionamento di alcune macchine molecolari naturali.