Blu magico: i ricercatori sviluppano coloranti che brillano attraverso il cranio

Gli Egizi inventarono il colore blu. Ciò è suggerito da antiche perle di vetro blu. Sono state trovate in una tomba risalente a un periodo compreso tra il 3300 e il 3500 a.C. circa. In seguito, il pigmento fu rinvenuto anche in alcuni geroglifici: questi, ad esempio, erano incisi sulla Piramide di Unas a Saqqara e riempiti con il pigmento. A quanto pare, i faraoni avevano una richiesta insaziabile del cosiddetto "blu egizio". Secondo alcune stime, ne servivano circa 1,4 tonnellate per decorare un singolo tempio.

Gli antichi Romani chiamavano il pigmento "caeruleum", che in latino significa "colore del cielo". La più antica ricetta nota per la sua produzione risale a un architetto di nome Vitruvio, che la descrisse circa 30 anni prima dell'inizio della nostra era: "Sabbia e sale vengono macinati così finemente da formare un composto simile alla farina. Il rame viene strofinato sulla miscela con lime grossolane come la segatura".

Poi, le sfere dovevano essere modellate a mano e poste in recipienti di terracotta in una fornace incandescente. "Non appena il rame e la sabbia [...] si uniscono sotto l'intensità del fuoco, assorbono reciprocamente il sudore", continuava Vitruvio. "Così, perdono le loro proprietà precedenti e acquisiscono un colore blu."

Senza questo enorme sforzo, il blu era irraggiungibile. Il pigmento color cielo conferiva ad affreschi e mosaici brillanti tonalità blu, che si sarebbero cercate invano nelle pitture rupestri dell'età della pietra sulle pareti delle grotte di Lascaux o Altamira. A quei tempi, ci si doveva arrangiare con ciò che si aveva a disposizione: ocra e carbone. I coloranti blu non rientravano in questa categoria, essendo rari.

Questo perché il pigmento deve riflettere la luce blu e contemporaneamente assorbire la luce rossa. Tuttavia, i raggi rossi sono i raggi con la lunghezza d'onda più lunga nello spettro visibile e quindi hanno l'energia più bassa. "L'assorbimento di tali raggi richiede molecole con transizioni elettroniche speciali", afferma Robert Nissler del Politecnico federale di Zurigo. Nel blu egizio e in altri pigmenti minerali blu o viola, questo compito è svolto dagli ioni di rame. "Sono i centri luminosi nel reticolo cristallino", afferma Nissler.

Il nanoscienziato, insieme a colleghi dell'Università di Zurigo, dell'Empa e della Germania, ha sviluppato un sofisticato processo di produzione per creare pigmenti colorati fondamentalmente nuovi. Il nuovo blu ha il potenziale per svolgere un ruolo importante nella ricerca sull'ictus e nel monitoraggio della durata delle protesi articolari. I ricercatori riferiscono. nella rivista specializzata «Advanced Materials » .

Tuttavia, era Solo marginalmente sul colore blu. Il loro interesse si concentra su un altro aspetto che gli archeologi hanno notato per la prima volta quasi 30 anni fa: il blu egizio non solo assorbe la luce rossa, ma riemette anche una parte significativa dell'energia catturata nella gamma dell'infrarosso invisibile. Anche il "Blu Han", chimicamente molto simile, proveniente dall'antica Cina, possiede questa proprietà. Ciò significa che gli antichi coloranti brillano.

Questo li rende facili da rilevare con strumenti che rendono visibile la radiazione infrarossa, senza danneggiare i preziosi reperti antichi. Nel loro articolo, i ricercatori li descrivono come molecole "otticamente attive". "La radiazione infrarossa è ciò che rende questi coloranti così speciali e unici", afferma Nissler.

All'interfaccia tra luce e materia, anche le più piccole variazioni nell'ambiente degli ioni rame influenzano la tonalità blu e la luminosità infrarossa. Ad esempio, il Blu Egiziano, leggermente più chiaro, contiene ioni calcio aggiuntivi, mentre il Blu Han, leggermente più viola, contiene ioni bario leggermente più grandi, che distorcono leggermente il reticolo cristallino.

Per produrre i nuovi pigmenti colorati, gli esperti hanno utilizzato a un processo che esiste solo da vent'anni. Sebbene il metodo sia modernissimo, sembra un vero e proprio gioco alchemico di colori: nella cosiddetta sintesi a fiamma, i succhi verdi vengono trasformati in polvere blu o viola.

In una prima fase, i ricercatori dissolvono metalli alcalino-terrosi come calcio, bario o stronzio in solventi organici. Quindi iniettano questi liquidi verdi in una fiamma riscaldata a diverse migliaia di gradi. A questo calore, i solventi evaporano all'istante.

Ciò che rimane sono i metalli alcalino-terrosi, che si aggregano sul filtro sopra la fiamma formando minuscoli granuli blu-verdi. Questi grumi, di circa 30 nanometri di dimensione, vengono poi posti in un forno riscaldato a circa 1.000 gradi Celsius per dieci minuti, dove si formano i minerali e si formano i pigmenti cristallini, blu o viola.

A differenza dei processi di produzione convenzionali, la sintesi a fiamma permette di combinare i vari metalli alcalino-terrosi presenti nel pigmento in modo quasi arbitrario, spiega Nissler. I ricercatori hanno prodotto decine di nuovi coloranti in questo modo. La sua tonalità preferita – un "blu scuro particolarmente intenso" – viene creata combinando parti uguali di bario e stronzio, afferma il nanoscienziato.

Nella loro ricerca, gli esperti hanno ulteriormente perfezionato il processo di produzione e hanno scoperto, ad esempio, che la temperatura del forno e il tempo di permanenza in forno determinano il colore dei cristalli di pigmento risultanti. Anche le frequenze a cui i pigmenti brillano nell'infrarosso dipendono da questi parametri.

Più luminosa e lunga è la lunghezza d'onda della luce infrarossa, meglio è. Questo perché, a partire da una lunghezza d'onda di circa 1000 nanometri, si apre una cosiddetta finestra di trasparenza: la radiazione di questa lunghezza d'onda penetra nei tessuti biologici senza essere assorbita dall'emoglobina rossa o dall'acqua. Questo permette di intercettarla all'altra estremità del corpo e di utilizzarla per l'imaging.

Infatti, gli esperti hanno scoperto una miscela dei tre metalli con cui producono pigmenti "ultra-brillanti" che brillano esattamente alla lunghezza d'onda desiderata. "Utilizzando il nuovo metodo, abbiamo prodotto un materiale che brilla dieci volte più intensamente dei pigmenti attualmente disponibili", afferma Nissler.

I ricercatori sono convinti che il nuovo materiale possa essere utilizzato come mezzo di contrasto. Hanno sciolto i pigmenti in acqua e li hanno iniettati nel sangue dei topi. Il colorante brillava attraverso i crani intatti dei topi. Utilizzando telecamere a infrarossi, i ricercatori sono stati in grado di osservare non solo l'esatta posizione dei vasi sanguigni nel cervello, ma anche la velocità con cui il sangue scorre attraverso questi vasi.

Tali informazioni sono importanti per la ricerca sull'ictus, spiega Nissler. Potrebbero fornire informazioni sulla velocità con cui il flusso sanguigno torna alla normalità una volta che il coagulo si è sciolto, rimuovendo così il tappo ostruito. Nissler ha anche un'altra possibile applicazione in mente. Le particelle potrebbero, ad esempio, essere aggiunte a protesi in ceramica per anca o ginocchio. Se piccole particelle si staccassero dalla protesi a causa dell'usura, i chirurghi potrebbero facilmente rilevarle e rimuoverle utilizzando telecamere a infrarossi.

Queste opzioni sono ancora lontane. Per ora, gli esperti – con un gruppo dell'Empa che lavora sulla nanotossicità – vogliono testare la tossicità dei pigmenti blu brillante. Probabilmente ci vorrà del tempo prima che un ulteriore sviluppo del blu egiziano possa aiutare le persone con problemi di salute. Ma dopo oltre 5.000 anni, questa attesa non è particolarmente importante.

Un articolo della « NZZ am Sonntag »