(Vincenzo
Balzani, Paola Ceroni, Alberto Credi, Marco Montalti, Margherita Venturi)
La Chimica Supramolecolare è una nuova branca della Chimica nata
attorno agli anni ’80. É “la Chimica oltre la molecola”, come l’ha definita il
premio Nobel per la Chimica J.-M. Lehn, dal momento che si occupa degli
aggregati di molecole cioè dei sistemi che si originano dall’interazione fra
molecole. L’interesse per questa nuova disciplina si basa su due importanti
osservazioni: (a) nel passaggio dalle molecole agli aggregati molecolari, detti
sistemi supramolecolari, possono emergere nuove proprietà spesso di grande
pregio tecnologico e (b) le proprietà emergenti, derivando dall’integrazione
delle caratteristiche e dal lavoro cooperativo delle singole molecole
organizzate nella struttura supramolecolare, possono essere programmate
scegliendo in modo opportuno i “pezzi” da assemblare. Fra le proprietà
emergenti di particolare interesse sono quelle legate ai processi
fotochimici e fotofisici che avvengono nei sistemi supramolecolari e che
costituiscono l’oggetto di studio della Fotochimica
Supramolecolare. In tali sistemi l’eccitazione fotonica può facilmente
causare, oltre che reazioni chimiche, anche il trasferimento di energia
elettronica o il trasferimento di elettroni fra i vari componenti del sistema:
è proprio su questi processi che si basa la fotosintesi.
La ricerca nel campo della
Chimica e Fotochimica Supramolecolare riguarda lo studio dei sistemi sotto
riportati. Per maggiori informazioni: www.ciam.unibo.it/photochem/
a) Sistemi
per la conversione dell’energia e l’elaborazione di segnali: le architetture
studiate in quest’ambito sono dendrimeri, macromolecole monodisperse con struttura
ad albero ben definita, che a seconda delle unità costituenti possono svolgere
la funzione di antenne, di sensori luminescenti con amplificazione del segnale,
di batterie molecolari e di nanocontenitori a rilascio fotocontrollato; nanoparticelle
fotoattive (di silice, metalliche, quantum dots) che per le loro
particolari proprietà chimico-fisiche trovano applicazioni in svariati settori,
dalle scienze analitiche (sensori luminescenti) alla diagnostica medica
(imaging fluorescente) e alla scienza dei materiali (dispositivi fotoemissivi,
additivi per polimeri, etc.).
b) Macchine molecolari: questa linea di
ricerca riguarda la progettazione, la sintesi e lo studio di sistemi
multicomponente (nella maggior parte dei casi rotassani, catenani e specie
correlate) capaci di compiere movimenti meccanici dei loro componenti
molecolari in risposta a stimoli esterni (aggiunta di reagenti chimici, applicazione
di potenziali elettrici, irradiazione luminosa). Anche se 
la costruzione di nanomacchine artificiali con complessità
comparabile a quelle biologiche è attualmente irrealizzabile, la ricerca in
questo settore ha permesso di ottenere numerosi e interessanti risultati, fra
cui un ascensore molecolare e un nanomotore azionato ad energia solare. L’obiettivo
che al presente ci si pone consiste nell’individuare strategie per ottenere
nanodispositivi meccanici in grado di compiere funzioni specifiche, come il
controllo della permeabilità di membrane, la cattura ed il rilascio di piccole
molecole, fino alla possibilità di ottenere lavoro meccanico su scala micro- e
macroscopica (muscoli molecolari).
c) Nanosistemi per l’elaborazione
dell’informazione: questa linea di ricerca riguarda la possibilità di
sviluppare nuovi paradigmi per elaborare informazioni simili a quelli
utilizzati dagli organismi viventi, 
nei quali le informazioni sono trasportate,
trasformate e immagazzinate utilizzando ioni e molecole. La costruzione di un
vero e proprio computer chimico in
grado di sostituire gli attuali calcolatori a stato solido è l’obiettivo più
affascinante – ancorché futuristico persino dal punto di vista della ricerca di
base – di questi studi. Nel breve-medio periodo ciò che ci si attende è la
realizzazione di dispositivi per applicazioni specifiche in campi come la
diagnostica, la medicina e la scienza dei materiali, ambiti incompatibili con i
circuiti elettronici basati su semiconduttori (ad esempio all’interno di una
cellula o in una membrana).