Sinonimo di elemento di meraviglie e tecnologia: il Silicio!

Spesso viene identificato come sinonimo di elemento di meraviglie e tecnologia. Se credete che il Silicio si trovi solo nei computer e il silicone nelle protesi artificiali di alcune donne allora preparatevi a grandi sorprese!

Scoprirete perchè il Silicio viene spesso identificato come sinonimo di elemento di meraviglie e tecnologia, perché il Silicio è anche un buon medico e il silicone ferma persino il tempo. Lo si può trovare ovunque, al collo o sotto i piedi, come prezioso ciondolo o come morbida sabbia.

Dove si trova il Silicio, sinonimo di elemento di meraviglie e tecnologia?

Il Silicio non si trova solo nel cuore dei computer ma è molto comune. Infatti dopo l'ossigeno il Silicio, sinonimo di elemento tecnologico, è l'elemento più abbondante sulla crosta terrestre. In natura non si trova mai da solo ma sempre combinato con altri atomi: sotto forma di silicati oppure di silice.

Anche la farina fossile, una roccia porosa e giallognola composta dai resti millenari delle microscopiche alghe diatomee, è composta dal Silicio. Questi organismi infatti impiegarono il Silicio presente nell'acqua come materiale da costruzione per le pareti cellulari. Questa roccia fossile è oggi utilizzata come leggero abrasivo ed è un ingrediente nella fabbricazione di mattoni e della dinamite.

E se pensate che sabbia e liquidi appena vengono a contatto formino immancabilmente una poltiglia fangosa, resterete stupiti anche in questo caso. Il comune vetro per finestre, bicchieri o bottiglie è fondamentalmente “sabbia”, dato che il 75 per cento di esso è costituito da silice. Aggiungendo poi delle piccole percentuali di impurità si ottengono vetri più resistenti: è il caso del pyrex, che resiste al calore fino a 550 gradi, ottenuto da silice con l'aggiunta di boro.

E' per tutte queste ragioni che viene giustamente identificato come sinonimo di elemento di meraviglie e tecnologia.

Come è fatto il Silicio?

Una pietra preziosa, un metallo e delle droghe: all'apparenza sembrano molto diversi, uno è durissimo l'altro fragile, uno è trasparente l'altro grigio blu e mostra riflessi metallici; ma quando entriamo all'interno scopriamo che l'architettura del diamante è molto simile a quella del silicio cristallino: ogni atomo è unito ad altri quattro grazie a legami covalenti. Significa che ogni coppia di atomi condivide un paio di elettroni. Ma ancora una volta l'apparenza inganna. Non ci sono elettroni liberi pronti a navigare nel cristallo generando così una corrente elettrica, come avviene nei metalli. Ogni elettrone esterno, infatti, è ben ancorato fra due atomi. Certo, qualche vibrazione atomica permetterà a qualche elettrone di staccarsi e spostarsi, ma rispetto ai metalli la conducibilità è decisamente irrisoria.

Il Silicio è un semiconduttore: da qui transistor e microchip

Dunque il silicio è un semiconduttore: non perfettamente isolante, non perfettamente conduttore. A meno che non si ricorra al drogaggio, cioè all'aggiunta di impurità nel silicio stesso. Il cristallo così drogato può condurre elettricità. Se in un cristallo, per esempio, tra alcuni milioni di atomi di silicio è presente un atomo di fosforo, gli elettroni del fosforo in eccesso non partecipano al legame con gli atomi di silicio e sono liberi di muoversi. Un po' come avere una scatola con il fondo ricoperto di biglie perfettamente incastrate più qualche biglia libera che rotola sopra questo strato ordinato. L'arte del drogaggio è stata l'asso nella manica dello sviluppo della moderna elettronica.

Il dispositivo a semiconduttore più importante mai inventato è sicuramente il transistor e più transistor collegati fra loro su una piastrina di silicio formano il microchip, cuore di tutti i computer, le calcolatrici, gli elettrodomestici intelligenti e tanto altro ancora. Eppure agli albori dell'elettronica, il protagonista era un altro semiconduttore: il germanio.

Il Silicio, sinonimo di elemento di meraviglie ha preso il sopravvento per la sua abbondanza, e quindi la facile reperibilità, e per una proprietà che lo rende unico: forma un film (uno strato sottile) di ossido stabile, una sostanza isolante utile per il funzionamento dei chip, che devono presentare anche zone di non conduzione. Il fatto che l'ossido di silicio sia stabile, inoltre, significa che resiste agli sbalzi di temperatura, all'umidità e non cresce a spese del silicio, come invece accade in un fenomeno simile: quello del ferro con il suo ossido, cioè la ruggine. Ma il silicio non è solo un elemento sinonimo di tecnologia.

Il Silicio, sinonimo di elemento tecnologico, a servizio della medicina: dove viene appilcato e come funziona?

Capita spesso: in cucina o col proprio hobby. Una piccola distrazione e zac, una ferita ci costringe a fermarci. E poi? E’ sufficiente un po' di disinfettante o ci siamo procurati un'infezione da curare con l'antibiotico? Per avere la risposta, basterà interrogare una "benda intelligente" impregnata di silicio poroso, ottenuto trattando il silicio in una soluzione di acido fluoridrico. Come una specie di semaforo biologico, la benda cambia colore a seconda dei batteri con cui è a contatto.

Il Silicio, preziosio elemento per la diagnosi

La procedura di analisi tramite colorazione dei batteri sviluppata nel 1884 dal medico danese Hans Gram: i batteri da identificare sono trattati solitamente con dei coloranti. Quelli che cedono colore sono detti gr-am-negativi, per esempio il meningococco, quelli che lo trattengono sono gram-positivi come strafilocchi e streptococchi, continua l'esperto. Per la benda rivelatrice, si è sfruttato una caratteristica del silicio poroso, cìoè un silicio ricco di cavità le cui dimensioni sono dell'ordine del miliardesimo di metro: quando la luce visibile lo colpisce, emette luce a sua volta, secondo il fenomeno della luminescenza. Ebbene, il colore emesso dipende proprio dal tipo di infettante con cui il silicio è stato a contatto.

I batteri, infatti, si legano a molecole speciali (un tipo di lipidi) che impregnano la benda e vanno a occupare i pori. Così dopo la cattura, i pori del silicio cambiano dimensione e quindi emettono luce di colore diverso. Il vantaggio di questa benda, che verrà realizzata in plastica o qualche altro materiale ancora da sperimentare, è che si tratta di un'analisi diretta: non è necessario fare una coltura batterica e poi analizzarla al microscopio. Per mettere a punto questa invenzione ci sono voluti cinque anni e il suo potenziale è enorme: si potranno realizzare per esempio involucri per alimenti o bevande, che sotto le luci del supermercato, o di casa, potranno cambiare colore se si trovano a contatto con cibo avariato.

Ancora una volta il Silicio a servizio della medicina

L'ago è un incubo per tutti, soprattutto per le persone costrette ad assumere farmaci soltanto con iniezioni, magari per lungo tempo. E silicio risolverà questo problema grazie a un'idea di Mark Prausnitz, scienziato del Georgia Tech's School of Chemical Engincering, che ha rivoluzionato il concetto di siringa. Tra poco potremo dire addio allo stantuffo pungente e benvenuto a un piccolo cerotto di 10 millimetri di lato dal quale spuntano microaghi di silicio: più sottili di un capello, sono lunghi 150 micron e lasciano sulla pelle un buco di circa 1 micron di diametro. L'iniezione sarà totalmente indolore perché i microaghi penetrano soltanto nello strato superficiale della pelle, senza incontrare le terminazioni nervose. Questa specie di cerotto-siringa sarà particolarmente utile per le nuove molecole sintetizzate dalle biotecnologie che, oggi, non possono ancora essere assunte sotto forma di compresse. Secondo lo studioso, inoltre, dotando il cerotto di un microchip sara' possibile anche programmare il rilascio del farmaco a diverse dosi nel tempo. Ma il ricercatore non si accontenta: sta lavorando per ridurre il diametro degli aghi, in modo che siano talmente piccoli da impedire ai batteri di scivolarvi dentro infettando l'organismo. Rimane un problema: l'eventuale rottura dei microaghi e un metodo per poter estrarre i frammenti.

Silicone e applicazione nel campo della medicina estetica

Ancora una volta l elemento sinonimo di mervaglie ci fa stupire. Infatti, tutti sappiamo che la parola silicone proiettata nel mondo delle "rotondità sospette" non stupisce. Ma questo composto sintetico fa molto di più che riempire le scollature o i punti strategici del volto (labbra, zigomi). Per esempio, esistono protesi di silicone per sostituire diverse parti del corpo: mani, piedi, orecchie, e perfino parti di organi interni. Rispetto ad altri materiali, infatti, il silicone è abbastanza inerte, cioè non reagisce chimicamente con i tessuti vivi con cui si trova a contatto. Anche se nel campo delle protesi mammarie esistono ancora alcuni dubbi sulla sua totale innocuità. Sintetizzata nel 1907 dal chimico inglese Frederic Kipping, la molecola del silicone è costituita da una lunga fila di atomi in cui si alternano ossigeno e silicio. Attaccati a essa, come foglie a un ramo, si trovano i diversi gruppi organici, che definiscono il tipo di silicone: fluido, lubrificante, elastomero.

Curiosamente la geniale creazione di Kipping rimase per oltre trent'anni inutilizzata. Solo nel 1940 la multinazionale chimica Dow Coming ne introdusse l'uso industriale, facendolo diventare un elemento sempre più diffuso in innumerevoli applicazioni. Oggi un materiale così versatile trova impiego praticamente ovunque, perfino in alcuni filati high-tech: dai tessuti per abbigliamento sportivo alle racchette da tennis tutto può essere rinforzato con una guaina protettiva al silicone; la stessa che protegge dall'usura le tastiere di calcolatrici, telecomandi, cellulari e computer.