Presentation given by the students of LS "Majorana" (Italy) to the Teachers and Headmasters seminar, held on May, 12th, 2010, in Porcari (LU). [In Italian]

1. Fondazione Lazzareschi 12 maggio 2010 Progetto ISISS Piana di Lucca Liceo Scientifico “ E. Majorana”

2. MEMORY

3. Il gioco - Gioco : Memory - Obiettivo : verificare le conoscenze riguardo le nanoscienze e le nanotecnologie, abbinando in modo corretto coppie di carte

4. Le carte Il gioco presenta 5 tipi diversi di carte: 1) Termini e definizioni di base 2) Nanoscale 3) Nanoscienze 4) Applicazioni delle nanotecnologie 5) Domande e risposte

5. Considerazioni didattiche Il gioco è piaciuto alla classe che l’ha trovato divertente e interattivo. Il fatto che le carte fossero in inglese all’inizio è stato visto come un ostacolo ma finito il gioco è stato considerato utile e stimolante dal punto di vista didattico.

6. VISITA al NEST

7. Nanoelettronica Il laboratorio produce e studia circuiti elettronici alla scala nanometrica. Abbassando la temperatura fino a frazioni di grado Kelvin si mettono in evidenza particolari fenomeni elettromagnetici. Queste basse temperature sono raggiunte attraverso serbatoi (veri e propri termos) di N, He 4 e He 3 liquidi.

8. La camera bianca La camera bianca è un ambiente con un livello di inquinanti basso e controllato. Infatti questa stanza ha una minore concentrazione di polvere dovuta al ricircolo dell’aria che la spinge fuori attraverso i filtri che sono posti sia sul soffitto che sul pavimento della camera. Inoltre la stanza ha una pressione maggiore rispetto alla pressione atmosferica dell’esterno in modo che quando viene aperta la porta l’aria tende ad uscire invece che ad entrare.

9. La camera bianca In questa stanza abbiamo visto grazie ad un microscopio elettronico con una risoluzione di circa 10 nm un frammento di InAs (Arseniuro di Indio) e dei pilastri di oro.

10. Proteine fluorescenti Sono proteine che si innestano nel patrimonio genetico legandosi ad altre proteine. La fluorescenza ci permette di vedere con il microscopio ottico la distribuzione delle proteine all’interno della cellula. Questa particolare applicazione trova il suo impiego nel campo della biologia molecolare e della medicina.

11. Considerazioni finali L’esperienza svolta ai laboratori NEST della “Scuola normale superiore” di Pisa è stata considerata dagli alunni molto utile per capire in cosa consiste la NanoScienza e come vengono applicate le sue scoperte.

12. ESPERIMENTO sui CRISTALLI LIQUIDI

13. L’esperimento Il nostro scopo è quello di costruire un termometro a cristalli liquidi. A tal fine, utilizzando il nostro laboratorio di chimica, abbiamo sintetizzato quattro tipi di cristalli liquidi e abbiamo verificato come alcune loro proprietà cambiano al variare della temperatura.

14. I cristalli liquidi Sono esempi di nano-strutture. Attraverso lo studio delle loro proprietà a livello “nano”, si possono creare nuovi dispositivi o materiali a livello macroscopico. I cristalli liquidi sono materiali con proprietà intermedie tra quelle di un liquido e quelle di un solido. Sono costituiti da molecole auto-assemblanti sensibili a stimoli esterni. La loro forma è a bastoncino o a disco, in modo tale da incoraggiare il loro allineamento collettivo lungo una certa direzione.

15. Struttura Vediamo perché i CL che abbiamo realizzato sono termo-sensibili: le loro molecole sono organizzate su strati che ruotano attorno a un asse, formando una struttura elicoidale.

16. Il passo dell’elica (passo chirale o pitch) dipende dalla temperatura. Quanto più l’elica è attorcigliata, minore è la lunghezza d’onda della luce riflessa. Man mano che la temperatura varia in uno specifico intervallo, la colorazione del CL attraversa l’intero spettro visibile, passando dal rosso al violetto.

17. La sintesi Abbiamo creato 4 campioni diversi, variando le concentrazioni di due dei tre componenti. Cristallo Liquido Cholesteryl oleyl carbonate Cholesteryl pelargonate Cholesteryl benzoate Temperatura (°C) Tipo 1 0.65 0.25 0.10 17-23 Tipo 2 0.45 0.45 0.10 26.5-30.5 Tipo 3 0.40 0.50 0.10 32-35 Tipo 4 0.30 0.60 0.10 37-40

19. I test Abbiamo verificato che ciascun campione risulta sensibile a un range di temperatura diverso.

20. Il termometro Infine abbiamo costruito il nostro termometro a cristalli liquidi, che adesso monitora la temperatura delle nostre classi.

21. GIOCO di RUOLO Vuoi essere un super-uomo?

22. Il dilemma è È giusto utilizzare le nanotecnologie per migliorare il nostro organismo? Sono state create delle nanofibre sintetiche capaci di auto-assemblarsi in strutture tridimensionali che imitano le caratteristiche-chiave dell’osso umano, come il collagene. Quindi è possibile curare una frattura in breve tempo ma anche rafforzare le ossa rendendole indistruttibili.

23. Gli stakeholder Lo scienziato: -Andare alla ricerca della conoscenza e della comprensione delle proprietà dei materiali su nanoscala. -Progettare nuovi materiali per applicazioni mediche. Paziente: - Accertarsi di ottenere le cure mediche di cui hai bisogno. -Assicurarsi di avere voce in capitolo sul genere di cura che ricevi.

24. Gli stakeholder Eticista: - Accertarsi che i bisogni essenziali di tutti siano soddisfatti. - Dare priorità alla distribuzione globale dei prodotti e dei servizi creati con le nanotecnologie . Multimilionario: - Avere la migliore qualità della vita che si può ottenere con il denaro . - Avere il diritto di spendere i soldi come meglio credo .

25. Gli stakeholder Centro medico privato: - Fornire una cura per i problemi ossei. - Soddisfare la domanda di potenziamento delle ossa. - Generare profitto per il tuo centro medico. Studenti: -Qual è la vostra opinione?

26. Il dibattito -Esposizione dei princìpi di ogni personaggio. -Problemi di accessibilità alle cure. -Finanziamento statale o privato?

27. Il dibattito -La scienza deve essere oggetto di un referendum? -L’importanza del ruolo dell’informazione per il possibile referendum di carattere scientifico. -I limiti di utilizzo delle nanotecnologie.

28. Le conclusioni -I limiti dell’uso delle nanotecnologie devono essere stabiliti da un organo sovra-nazionale. -Limiti per i pazienti, per gli scienziati e per le industrie produttive. -Sistemi di informazione oggettivi. -Stabilire fondi per la ricerca.

29. GIOCO di RUOLO Calze antibatteriche

30. Il dilemma Le nanoparticelle di argento nel tessuto delle calze sono nocive per i batteri che causano cattivo odore e infezioni da funghi. Oggi grazie alle nanotecnologie molte aziende hanno sviluppato prodotti contenenti queste caratteristiche. Tuttavia non è ancora accertata la pericolosità delle nanoparticelle una volta immesse nell’ambiente in grandi quantità. È giusto vendere calze antibatteriche che contengono nanoparticelle d’argento quando ancora non se ne è accertata la sicurezza per l’ambiente?

33. Il dibattito Il dibattito ha evidenziato le varie posizioni espresse dai diversi stakeholder citati. La domanda posta dagli esponenti della associazione ambientalista riguarda l’eventuale pericolosità dei batteri per l’ecosistema, nel caso in cui le nanoparticelle defluissero nelle acque e nei canali di scarico, ed una eventuale possibilità di riciclo. La richiesta degli agricoltori e dei pescatori riguarda l’esistenza di prodotti utili per le loro produzioni composti con nanoparticelle (pesticidi, alghe) e se questa nuova tecnologia possa generare profitto, prodotti di qualità e garantisca la salute dei consumatori.

34. La comunità dei consumatori necessita della commercializzazione di prodotti che abbiano prezzi contenuti, di qualità e che non abbiano conseguenze dannose per la salute. La comunità degli studenti si pone il quesito se questi nuovi prodotti siano veramente utili, se sia possibile creare delle reti di depurazione per le acque dove sono presenti le nanoparticelle di argento e se si possano fornire opportunità di sviluppo e di ampliamento dell’informazione nella società.

35. I produttori affermano la funzionalità e l’accessibilità del prodotto, i costi contenuti e la possibilità di riciclo di quest’ultimo. Fin dall’antichità l’argento è stato utilizzato come disinfettante antibatterico per le ferite, inoltre è una sostanza già presente in natura quindi la stabilità dell’ecosistema non viene violata. Verrà creata una rete di produzione mondiale di prodotti, con conseguente importazione di argento dove le risorse territoriali non permetteranno l’estrazione dal suolo. Questo aspetto incrementerà l’economia di quei paesi ritenuti sottosviluppati, nel rispetto delle norme sindacali per la tutela dei lavoratori.

36. Le conclusioni All’interno del dibattito svolto in classe siamo giunti alla conclusione comune che riguarda la creazione di un’istituzione specifica per il campo delle nanotecnologie, alla quale dovranno partecipare i rappresentanti di ogni stakeholder per dibattere e prendere decisioni adeguate per tutti per quanto riguarda questo settore.

37. Le conclusioni L’esperienza ha prodotto entusiasmo e partecipazione e ha aiutato a capire quanto le nanotecnologie possano veramente portare a qualcosa di utile e produttivo per il futuro. 4°D LS MAJORANA

38. 4°C & 4°A LSS MAJORANA