la tradizionale definizione di biomateriale inteso come materiale “inerte” per la sostituzione di tessuti o parte di organi risulta oggi superata. Infatti, le attuali e future prospettive di ricerca sono armai focalizzate sullo sviluppo di nuove generazioni di biomateriali: The next generation of biomaterials will be based upon knowledge of the biology of wound healing and inflammation and will control bioreaction response with precision. Così, dal primo concetto di sostituzione di organo/tessuto (medicina riparativa) si è passati al concetto di medicina rigenerativa, dove lo sviluppo di materiali sintetici va verso la progettazione di “carrier” di cellule e/o farmaci, di “scaffold” per la riparazione in vitro o in vivo di tessuti e organi, alla realizzazione di materiali e superfici “biomimetici”, riconosciuti da parte dell'organismo come proprio, e di materiali “intelligenti”, sensibili a stimoli o a segnali biologici quali cambiamenti di temperatura, pH, o concentrazione di particolari biomolecole. Nell'intento di fornire un quadro il più possibile completo su queste nuove prospettive questo volume raccoglie i contributi di alcuni fra i più autorevoli esperti del settore, articolandoli nelle principali tematiche: il ruolo delle superfici e delle interfacce nella medicina rigenerativa, strategie e metodi di modifica delle superfici, materiali intelligenti in medicina rigenerativa.qualche esempio
Scoperto un bipolimero “intelligente” per operazioni chirurgiche
Progettato da ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'Università di Firenze, funziona come una spugna capace di rilasciare principi attivi in quantità e zone del corpo predeterminate.
Firenze - Un gruppo di ricerca guidato dal professor Luigi Dei, direttore del Dipartimento di Chimica dell'Università di Firenze, ha scoperto un materiale "intelligente" per il rilascio controllato dei farmaci. All'articolo Light-responsive nanocomposite sponges for on demand chemical release with high spatial and dosage control, che verrà pubblicato sul prossimo numero del Journal of Materials Chemistry, hanno contribuito Paolo Matteini e Roberto Pini (dell’Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” del CNR), Gabriella Caminati e Maria Raffaella Martina (del Dipartimento di Chimica “Ugo Schiff” dell’Università di Firenze e del Consorzio Interuniversitario CSGI), Francesca Tatini e Fulvio Ratto (del CNR-IFAC, Giuliano Giambastiani del CNR-ICCOM), Roberta Cascella e Cristina Cecchi (del Dipartimento di Scienze Biomediche, Sperimentali e Cliniche dell’Università di Firenze). Il materiale "intelligente" scoperto dagli accademici fiorentini è un biopolimero poroso capace di inglobare nanoparticelle d'oro, le quali permettono, a loro volta, di catturare luce laser. Quando un principio attivo viene inserito nel biopolimero poroso, questo diventa capace di rilasciarlo, su stimoli luminosi, nel punto e nella quantità che viene programmata. In sostanza, dunque, il materiale "intelligente" scoperto dai ricercatori dell'Università di Firenze è una sorta di spugna che va imbevuta di principi attivi per poi essere "strizzata" così da rilasciare le molecole del farmaco nelle quantità e nei luoghi predeterminati. Il bipolimero progettato dall'Ateneo del capoluogo toscano potrebbe prestarsi ad applicazioni sottocutanee e negli interventi chirurgici che richiedano rilasci controllati e circoscritti di sostanze farmacologiche.
Altro esempio:
“I principi della fisica, per quanto posso vedere, non parlano
dell’impossibilità di manovrare le cose atomo per atomo. Non
sarebbe un tentativo in contrasto con alcuna legge; in linea di
principio è qualcosa che può essere fatto; ma in pratica non è
stato fatto perché siamo troppo grandi.”
“Riposizionare gli atomi - Non ho paura di affrontare la domanda
finale cioè se alla fine, nel grande futuro che ci aspetta, saremo in
grado di disporre gli atomi nel modo che vogliamo; proprio gli
atomi, laggiù sul fondo! Che cosa accadrebbe se potessimo
disporre gli atomi uno per uno come vogliamo?
ragionevolmente, s’intende; non potremo porli in posizioni in cui
siano chimicamente instabili, per esempio).”
“Gli atomi a piccola scala si comportano come nient’altro si comporta a una
grande scala, perchè essi obbediscono alle leggi della meccanica quantistica.
Così, quando andiamo laggiù, e ci divertiamo con gli atomi là sul fondo,
lavoriamo con leggi differenti e possiamo aspettarci di poter fare cose
differenti. Possiamo produrre oggetti in modo diverso. Possiamo usare non
solo circuiti ma qualche sistema che coinvolge i livelli quantizzati di
energia, o le interazioni di spin quantizzati, ecc.”
40x40 nm2
Le speciali leggi della meccanica
quantistica “on a small scale”
Richard P. Feynman 1959
Altro esempio dal sito Biomimetica e materiali (link)
La natura è molto efficace nel piegare e così richiudere le strutture. Piegare è utile ed importante per risparmiare energia. Si potrebbe chiudere un pannello solare quando non serve tenerlo aperto, come accade di notte, quando il sole non c'è. Si risparmierebbe spazio, oppure si potrebbe ipotizzare una seconda funzionalità "notturna" del pannello, per esempio per immagazzinare l'umidità del tetto ed usarla sotto forma di acqua per vari scopi. Più in generale, la natura è interessata al piegamento per una serie di motivi: per esempio economia funzionale, in momenti in cui l'individuo dispone di poca energia, e camuffamento, cioè minore visibilità in situazioni di pericolo. Uno dei sistemi di piegamento più ingegnosi è quello della falena, mostrato qui sopra. Le foglie di alcune piante, come la mimosa e certe specie di acacie, si chiudono per una migliore gestione delle loro risorse. Ci sono poi piante come la dionea (di cui riparleremo), che si servono di un sistema di chiusura per catturare le prede. In natura, il sistema di piegamento è tipicamente azionato dalla variazione di pressione dei fluidi all'interno della struttura. Quel che è certo, è che l'esperienza nell'ambito del piegamento in natura è eccezionale. Un'osservazione che quest'esperienza ci insegna è che i nostri sistemi spesso si piegano con difficoltà, anche perché tendiamo a piegare tutto "a potenza di 2", cioè in 2, 4, 8, 16, ecc., secondo linee rette sovrapposte. D'altronde, la nostra logica funziona tipicamente in questo modo, se pensiamo per esempio al gioco degli scacchi, dove l'intera struttura è costruita sulle potenze del 2 (dalla scacchiera al numero dei pezzi). Questo è un modo di piegamento spontaneo ma inefficiente, mentre conviene avere dei piegamenti secondo linee oblique, per risparmiare spazio e quindi avere uno spessore molto più ridotto e di conseguenza un'apertura molto più rapida e funzionale. Infatti, se ci fate caso, piegando a 2 a 2 si crea rapidamente un "malloppo" di pieghe sovrapposte, che ha anche la conseguenza di danneggiare l'oggetto piegato dopo qualche ciclo di piegamento. E' proprio piegare le carte geografiche in modo più efficiente che è stata la fonte di ispirazione per il (Miura-Ori), che consente inoltre, usando linee oblique, di avere un piegamento ed un dispiegamento in un unico movimento, con grande rapidità. Questo è quello che anche la falena cerca e che infatti ha sviluppato. La foto della falena chiusa è tratta dal sito di Luciana Bartolini.
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