Dal PoliMi un nanomateriale per medicina di precisione e transizione ecologica

“Alla base della progettazione dei materiali del futuro che consentiranno la transizione energetica e lo sviluppo di una medicina di precisione c’è la loro caratterizzazione strutturale, che sarà possibile nel Laboratorio del Politecnico di Milano Next-GAME “Next-Generation Advanced Materials”, un’infrastruttura tra le più avanzate d’Europa per lo studio dei nanomateriali mediante tecniche basate sui raggi X, creata grazie a un accordo di collaborazione tra Politecnico di Milano e Regione Lombardia per la ricerca, l’innovazione e il trasferimento tecnologico”.

Pierangelo Metrangolo, Direttore Vicario del Dipartimento di Chimica, Materiali, e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano spiega così l’importanza di Next-Game dopo lo studio dell’università milanese che ha sintetizzato per la prima volta un nanocluster di oro superfluorurato.

Il SupraBioNano Lab (SBNLab) del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, in collaborazione con l’Università di Bologna e la Aalto University di Helsinki (Finlandia), ha sintetizzato infatti, per la prima volta, un nanocluster di oro superfluorurato, costituito da un nucleo di soli 25 atomi di oro al quale sono legate 18 molecole fluorurate a struttura ramificata. Il lavoro è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications.

Le possibili applicazioni

I cluster metallici sono una classe innovativa di nanomateriali molto complessi, caratterizzati da dimensioni ultrapiccole (<2nm) e da peculiari proprietà chimico-fisiche, quali luminescenza e attività catalitica, che ne promuovono l’applicazione in diversi campi scientifici di forte rilevanza per le moderne sfide globali.

Questi includono la medicina di precisione, in cui i nanocluster metallici vengono usati come sonde innovative per applicazioni diagnostiche e terapeutiche, e la transizione energetica, dove trovano applicazione come efficienti catalizzatori per la produzione di idrogeno verde.

La cristallizzazione di nanocluster metallici offre la possibilità di ottenere campioni a elevata purezza consentendo la determinazione della loro struttura atomica fine, ma rimane attualmente un processo molto difficile da controllare.

Le metodiche sviluppate in questo studio hanno promosso la cristallizzazione del nanocluster con una determinazione della struttura atomica ottenuta mediante diffrazione di raggi X presso il Sincrotrone Elettra di Trieste. Il risultato finale è la descrizione strutturale del nano-oggetto fluorurato più complesso mai riportato finora.

Lo sguardo al futuro

“Lo studio della struttura di questi nanomateriali avanzati sarà presto possibile anche presso il Politecnico di Milano, dove sta nascendo, anche grazie al contributo di Regione Lombardia, Next-GAME (Next-Generation Advanced Materials), un laboratorio dedicato all’utilizzo di strumenti a raggi X di ultima generazione per la caratterizzazione di cristalli, nanoparticelle e colloidi”, conclude il professore Pierangelo Metrangolo, referente di Next-GAME.

Il risultato già ottenuto

“Grazie alla presenza di un guscio completamente fluorurato, contenente quasi 500 atomi di fluoro, il nanocluster d’oro viene stabilizzato dalle numerose interazioni tra gli atomi di fluoro dei leganti, promuovendone la cristallizzazione”, afferma il professor Giancarlo Terraneo.

Le interazioni tra gli atomi di fluoro sia all’interno del nanocluster sia tra i nanocluster sono state razionalizzate con tecniche di chimica quantistica al Dipartimento di Chimica “G. Ciamician” dell’Università di Bologna dalla dottoressa Angela Acocella e dal professor Francesco Zerbetto.

Allo studio hanno contribuito anche la professoressa Valentina Dichiarante, la professoressa Francesca Baldelli Bombelli, la dottoressa Claudia Pigliacelli e il professor Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, che ha studiato le caratteristiche ottiche del nanocluster, evidenziando l’impatto dei leganti fluorurati sull’attività ottica del nucleo d’oro.