Scuola Superiore Sant`Anna

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LA FILIERA DELLE
NANOTECONOLOGIE
IN TOSCANA
Toscana
Promozione
Marzo 2011
Istituto di Management
Scuola Superiore Sant’Anna
e la collaborazione del Dipartimento di Scienze
dell’Uomo e dell’ambiente
Università di Pisa
Progetto
«Le filiere scientifco-tecnologiche di eccellenza in Toscana»
Toscana
Promozione
Marzo 2011
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Gruppo di lavoro
Marzo 2011
Prof. Andrea Piccaluga
Istituto di Management - Scuola Superiore Sant’Anna
Dott.ssa Michela Lazzeroni
Dipartimento di Scienze dell’Uomo e dell’Ambiente - Università di Pisa
Dott.ssa Alessandra Patrono
Dott.ssa Oriana Perrone
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Introduzione: il Progetto
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Marzo 2011
Lo studio si propone di fornire un approfondimento sul sistema tecnologico toscano in termini di
filiere scientifico-tecnologiche (S&T) osservando, cioè, il processo di sviluppo delle competenze
tecnologiche dal momento della loro formazione nei laboratori universitari e centri di ricerca
fino al raggiungimento del mercato di sbocco.
I principali output dell’indagine sono:
Definizione delle tipologie di filiere S&T esistenti in Toscana.
Individuazione delle filiere S&T potenzialmente strategiche localizzate in Toscana.
Valutazione del posizionamento strategico dei soggetti rilevanti della filiera.
Analisi delle filiere S&T individuate secondo due livelli di dettaglio:
i) foto a «grana grossa», finalizzata ad avere un quadro generale delle caratteristiche della
filiera, soggetti coinvolti, potenzialità e alcune indicazioni di policy per lo sviluppo;
ii) foto a «grana fine», supportata da approfondimenti diretti con interviste ed analisi di dati su
variabili rilevanti.
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Introduzione: Elenco delle filiere
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Marzo 2011
Sono state analizzate con un approfondimento a “grana fine” le seguenti filiere:
Energie Rinnovabili
Ottica, Optoelettronica e Fotonica
Tecnologie dei Beni Culturali
Sono state oggetto di indagine approfondita (“grana grossa”), le seguenti filiere:
Robotica
Domotica, Sistemi Wireless e RFID
Biomedicale
Strumentazione Scientifica
Farmaceutico/Diagnostica
Aerospaziale
Nanotecnologie/Nanomateriali
Telerilevamento, security, infomobilità
Realtà virtuale e Multimedia
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Schema dell’analisi
Marzo 2011
1.
Le Nanotecnologie: ambito tecnologico di riferimento
2.
Il panorama internazionale presente e futuro. Mercati & Tecnologie
3.
Le Nanotecnologie nel panorama nazionale
4.
I soggetti della filiera in Toscana. Ricerca & Imprese
5.
I progetti/azioni attivate a livello regionale per lo sviluppo della
filiera
6.
Indicazioni di policy
La nanotecnologia è la tecnica che
consente di costruire oggetti, dispositivi, materiali
che hanno le dimensioni del miliardesimo di metro.
Le nanostrutture offrono molteplici vantaggi (in
primis il risparmio di spazio e la possibilità di
controllare le proprietà dei materiali senza alterarne
la composizione chimica),
permettendo al tempo stesso di migliorare la
potenza e la capacità di memoria dei dispositivi
informatizzati. Gli strumenti di questa tecnologia
consistono in macchine microscopiche in grado di
agire su singoli atomi.
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Introduzione: definizione di nanotecnologia
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NANOTECNOLOGIE:
AMBITO TECNOLOGICO DI RIFERIMENTO
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Nanotecnologie: definizione
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Le
Nanotecnologie
operano in un
ambito
d'investigazione
multidisciplinare
La nanotecnologia è un ramo della scienza applicata e della tecnologia che si occupa
del controllo della materia su scala dimensionale inferiore al micrometro (in genere
tra 1 e 100nanometri) e della progettazione e realizzazione di dispositivi in tale
scala. Il termine "nanotecnologia" indica genericamente la manipolazione della
materia a livello atomico e molecolare, e in particolare si riferisce a lunghezze
dell'ordine di pochi passi reticolari.
Le Nanotecnologie ricadono in un ambito di investigazione multidisciplinare,
coinvolgendo molteplici indirizzi di ricerca, tra cui: biologia molecolare,
chimica, scienza dei materiali, fisica (sia applicata che di base), ingegneria
meccanica, ingegneria chimica ed elettronica. Può essere vista sia come
un'estensione delle scienze esistenti sulla scala nanometrica, che come un loro
"riarrangiamento".
Due sono gli approcci principalmente perseguiti in questo ambito:
- approccio bottom-up: i materiali e i dispositivi sono realizzati partendo da
componenti molecolari che si auto-assemblano tramite legami chimici, sfruttando
principi di riconoscimento molecolare (chimica supramolecolare);
- approccio top-down (dall'alto verso il basso): i dispositivi sono fabbricati da
materiali macroscopici attraverso un attento controllo dei processi
di miniaturizzazione a livello atomico.
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Nanotecnologie: evoluzione
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Il primo riferimento alla nanotecnologia risale al discorso tenuto da Richard Feynman nel
1959, ”There's plenty of room at the bottom”. Feynman suggerì un modo per sviluppare l'abilità di
manipolare atomi e molecole direttamente, il cosiddetto scale-down. Il metodo consisteva nel progettare
una serie di macchine utensili in scala 1:10, quindi utilizzarli per sviluppare e controllare la generazione
successiva di utensili, in scala 1:100, e così via.
Il termine nanotecnologia fu coniato solo successivamente da Kim Eric Drexler, che lo utilizzò nel suo
libro del 1986, ”Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”, presentato al MIT di Boston e
contenente i suoi studi realizzati. Drexler pensava ad assemblatori, delle dimensioni di 1 submicron, in
grado di autoreplicarsi in modo esponenziale.
Tre anni più tardi, nell’Almaden Research Center di San José in California, il fisico Dan Eigler
perfezionò il microscopio a scansione tunnel, su cui era concentrata l’attenzione di molti scienziati da
anni. Questo strumento consente di vedere singoli atomi sulla superficie di un materiale conduttore, in
grado cioè di consentire il passaggio della corrente elettrica grazie alla sua particolare struttura
molecolare. L’invenzione, che permette di aprire una finestra per l’occhio umano sull’infinitamente
piccolo, è alla base delle applicazioni moderne di nanotecnologie.
Queste intuizioni furono accolte con grande entusiasmo dall’opinione pubblica, in quanto aprivano la
strada a prodotti che trascendevano la capacità immaginativa, per confluire nella fantascienza. Nel
frattempo in ambito scientifico cominciarono a moltiplicarsi gli studi sulle nanotecnologie, con un
progressivo ampliamento del campo d’indagine, dalla medicina alla meccanica, dall’informatica
all’ambiente. Oggi parte di quegli studi si stanno concretizzando in realtà: l’era delle nanotecnologie è
entrata nella sua fase attuativa.
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Nanotecnologie: possibili implicazioni
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Le potenzialità offerte dalle nanotecnologie sono moltissime: a livello molecolare la materia
mostra proprietà chimico-fisiche completamente diverse, consentendo la realizzazione di prodotti
nanostrutturati innovativi ed estremamente efficaci, soprattutto in un settore altamente
tecnologico ed in continua evoluzione quale quello della salute e del benessere.
Le dimensioni nanometriche delle particelle forniscono un’elevata superficie di interfaccia,
conferendo così caratteristiche chimico-fisiche differenti ai materiali nanostrutturati. L'incremento
della superficie d'interfaccia rispetto al volume dei materiali può essere spiegato considerando
come l'interfaccia abbia proprietà diverse da quelle della massa del materiale; pertanto, ad
esempio nel caso dei metalli, i nanograni che costituiranno la massa del nanomateriale, si
aggregheranno aumentando la superficie di interfaccia, che influirà sulle proprietà del materiale
stesso e, di conseguenza, su quelle applicazioni nelle quali il rapporto superficie attiva-volume
diventa determinante.
Un ulteriore aspetto delle nanotecnologie riguarda il cosiddetto effetto quantico dei materiali
nanostrutturati: quando si scende a dimensioni nanometriche, le proprietà ottiche, magnetiche
ed elettriche cambiano radicalmente. Riducendo le dimensioni fino a raggiungere quelle tipiche
nanometriche dei cosiddetti clusters, a causa del basso numero di atomi presenti nel cluster
medesimo e del suo volume ridotto, nella struttura elettronica si manifesta una discretizzazione
dei livelli energetici (quantizzazione), che dipenderà dalle dimensioni del cluster. Questo
fenomeno, denominato "quantum size effect", darà origine a proprietà del tutto nuove,
discordanti con quelle tipiche del materiale a dimensioni macroscopiche ordinarie.
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Nanotecnologie: campi di applicazione
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Nanotecnologie
Settori applicativi
Medicina
Informatica
Farmaceutica
Beni culturali
Chimica
Elettronica
Cosmeceutica
Alimentare e
bevande
Meccanica
Ambiente
Materiali
Biotecnologia
Aerospaziale
Manifatturiero
Altro
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Potenziali applicazioni delle nanotecnologie 1/3
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Nanotecnologia: chimica di base, materiali nanostrutturati
Nanomateriali ultra-leggeri, alta resistenza, alte proprietà meccaniche
Nanocompositi polimerici per applicazioni strutturali ed elettronica
Membrane per filtrazione per abbattere costi della desalinizzazione delle acque
Nanomateriali con proprietà barriera
Nanomateriali ad alta resistenza termica e coibentanti
Catalizzatori ad altissima efficienza
Nuovi materiali per le industrie tessili con grandi funzionalità
Nanotecnologie nell’Elettronica (processori, computer)
Memorie non volatili (terabit)
Miniaturizzazione e supercomputer
Displays a basso voltaggio ad alta definizione
Semiconduttori e processori
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Nanobiotecnologia e nanomedicina:
Nuovi traccianti biologici sempre più precisi ed efficienti
Prodotti farmaceutici
Nuovi e più efficienti formulazioni farmaceutiche
Diagnostica, sensori e sistemi di analisi
DNA e genetica
Bioelettronica
Protezioni contro agenti biologici
Rivestimenti e vestiti antibatterici
Nanotecnologia e produzione di energia
Celle a combustibile per auto
Energia solare e celle fotovoltaiche
Micro celle a combustibile per dispositivi portatili
Batterie ad alta capacità ed efficienza
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Le nano-tecnologie e le nano-bio-tecnologie possono anche trovare
applicazioni nel campo delle energie alternative
Gli attuali pannelli solari sono un’applicazione diretta delle nanotecnologie ed
esistono progetti mirati alla costruzione di pannelli ad alta efficienza che
traggono ispirazione dal modo in cui le piante riescono a sfruttare l’energia
solare. Si tratta di mimare processi che avvengono naturalmente nelle piante in
specifiche proteine, a livelli nanometrici.
Altre applicazioni sono nel campo della prevenzione dell’inquinamento: è
possibile immaginare ad esempio filtri “intelligenti” che agiscono al livello
nanometrico selezionando e rendendo innocue le scorie dei processi industriali o
semplicemente i gas di scappamento delle automobili.
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Nanotecnologie: aree tecnologiche
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Le tre aree principali in cui si sviluppa la nanotecnologia, sono:
Nanomateriali
Nanoelettronica (information and comunication technology)
Nanomedicina e bio-nanotecnologia.
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Nanomateriali
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Nanomateriali, ovvero quei materiali formati da unità nanometriche e nanostrutturate
nell'ordine del nanometro, si possono distinguere in:
- materiali con una dimensione nanometrica lamellare: film ultrasottili e superfici di
rivestimento. Di questa categoria fanno parte materiali quali superfici sottili e "superfici
tecnologiche". Questa è una categoria di materiali studiati da tempo con applicazioni nel
campo dell'elettronica e rivestimenti tecnologici superficiali; pertanto è un campo di ricerca e
applicazione delle nanotecnologie già ben strutturato.
- nanomateriali in due dimensioni: nanofili e nanotubi. In particolare, i Nanowires sono fili o
cavi nanometrici formati da punti quantici che si autoassemblano a formare una struttura
lineare. Possono essere costituiti da diversi tipi di materiali. Nella nanotecnologia dei
semiconduttori si sintetizzano nanowires di silicio, nitruro di gallio e fosfuro di indio che hanno
dimostrato di avere rimarchevoli proprietà ottiche elettroniche e magnetiche.
- materiali con tre dimensioni nanometriche: nanoparticelle, quantum dots, punti quantici. Di
questa categoria fanno parte anche i materiali nanocristallini con grani di dimensioni
nanometriche.
Due sono i fattori principali: l'incremento della area superficiale e l'effetto di confinamento
quantico. Questi fattori sono quelli che determinano non solo l'aumento delle caratteristiche
meccaniche ma anche l'insorgere di proprietà ottiche ed elettroniche del tutto nuove,
chiaramente sfruttabili per varie applicazioni.
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Nanomateriali: applicazioni nanotecnologiche
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Applicazioni principali:
Nanoparticelle ed industria cosmetica (e.g. filtri solari: sfruttano le proprietà assorbenti delle nanoparticelle).
Nanocompositi: nanocariche silicati lamellari (clay nanocomposites) e nanotubi di carbonio possono essere utilizzate come
rinforzi non solo per aumentare le proprietà meccaniche dei nanocompositi ma anche per impartire nuove proprietà (ottiche,
elettroniche, magnetiche).
Nanocoating: rivestimenti superficiali di dimensioni nanometriche possono essere utilizzati per migliorare la resistenza all'usura
e l’ antigraffio ,anche con proprietà ottiche o idrorepellenti.
Utensili: utensili (e.g. per frese ed altre macchine utensili) costituiti da nanocompositi a matrice metalliche e ceramici (carburo di
tungsteno, carburo di tantalio e carburo di titanio), più resistenti alle sollecitazioni, maggiormente precisi e di maggiore
resistenza all'usura.
Vernici altamente tecnologiche con nanoparticelle metalliche per incrementare ed eventualmente impartire nuove proprietà
ottiche ed elettroniche.
Displays (schermi e TV): un’ applicazione che ha interessanti prospettive di sviluppo è quella della nuova generazione di schermi
che usano i nanotubi di carbonio come dispositivi di emissione di elettroni (FED field-emission displays).
Celle a combustibile: membrane nanostrutturate che ne incrementino l'efficienza.
Nanoparticelle usate come additivi nei carburanti.
Altre applicazioni:
nanosfere nei lubrificanti che agiscano come una sorta di of nanocuscinetti a sfere;
materiali nanostrutturati magnetici utilizzabili nel data storage;
membrane nanostrutturate per la purificazione delle acque.
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Nanoelettronica (information and comunication technology)
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Nanoelettronica (information and comunication technology).
In qualche modo, l'elettronica è stata la vera forza trascinatrice della nanotecnologia per la
sua intrinseca ricerca nel campo della miniaturizzazione dei dispositivi. In questo campo la
vera sfida è spingersi ancora più giù nelle scale dimensionali, cercando di comprendere le
nuove leggi fisiche che sono alla base delle nanostrutture, nell'obiettivo di realizzare
dispositivi più piccoli, più potenti e che necessitino di meno energia per il loro
funzionamento.
Attualmente le applicazioni riguardano:
Computer chips
Dispositivi di memoria
Sensoristica
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Bio-nanotecnologia e nanomedicina
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Bio-nanotecnologia e nanomedicina
La Biologia è di per sè nanobiotecnologia poichè si occupa di studiare le molecole e i processi biologici che di
fatto avvengono su scala nanometrica. I sistemi biologici sono infatti da considerarsi come perfetti dispositivi
nanostrutturati. Le biomolecole posseggono una morfologia altamente specifica con funzioni altamente
complesse e dettagliate che in qualche modo costituiscono il modello a cui le nanotecnologie debbono
rifarsi. In questo campo le potenziali applicazioni potrebbero effettivamente rivoluzionare il mondo della
medicina nel campo della diagnostica e della farmaceutica.
Applicazioni nel campo della Bio-nanotecnologia e nanomedicina:
Drug delivery systems (farmaci a rilascio controllato specifico). Una delle applicazioni più
importanti potrebbe essere quella dello studio di farmaci dal rilascio controllato (nel tempo) e che rilascino il
principio attivo esattamente dove serve (nelle cellule o organi che ne necessitano). È evidente la portata di
una tale applicazione. La grande sfida è proprio quella di individuare farmaci che aumentino al massimo la
propria efficienza diminuendo per contro gli effetti indesiderati.
Dispositivi di diagnostica. Le nanotecnologie sono già utilizzate in questo settore: l'uso dei quantum dots o di
molecole sintetiche traccianti per immagini diagnostiche è già in atto da tempo. Un esempio è l'utilizzo di
molecole proteiche fluorescenti, che usino dispositivi ottici al fine di investigare processi biologici in maniera
non invasiva.
Electronics information and communication technology e nanotecnologia. Quest'area potrebbe sembrare
un po' estranea alla nanobiotecnologia ma non lo è in virtù del fatto che molecole intelligenti potrebbero
essere integrate in dispositivi elettronici e quindi entrare nel campo delle applicazioni ICT ( si pensi alle
ricerche sull'uso di transistor a base biologica).
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Nanotecnologie: prodotti
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Tra le tecnologie emergenti, le nanotecnologie rappresentano dunque per il mondo dell’industria
un’imperdibile occasione di crescita e innovazione. Sono dunque il settore tecnologico più innovativo che
cerca di sfruttare le scoperte scientifiche applicandole ad oggetti e dispositivi di queste dimensioni,
interessando settori come la salute, le biotecnologie, l’agricoltura e l’informatica, fino alla struttura dei
materiali, alla ricerca spaziale, all’ambiente e alla sicurezza. Numerosi prodotti riconducibili all’utilizzo
delle nanotecnologie sono già disponibili sul mercato e di uso quotidiano.
Le applicazioni delle nanotecnologie si sviluppano peraltro rapidamente, e interessano potenzialmente tutti i
settori dell’industria e dell’economia. La pervasività delle applicazioni nanotecnologiche è dovuta
soprattutto all’impatto sui materiali: dal legno al tessile (la modifica delle superfici permette di ottenere
filati e tessuti con elevate prestazioni meccaniche e maggiore leggerezza) fino ai materiali cementizi
autopulenti. Le nanotecnologie trovano inoltre applicazioni nell’abbattimento degli inquinanti e nella
produzione di pannelli fotovoltaici.
I rivestimenti nanostrutturati anti-corrosione e decorativi sono l’alternativa alla cromatura di rubinetti,
maniglie, occhiali, e altri componenti soggetti a corrosione. Numerose le applicazione nel campo
dell’industria biomedica: dalla fabbricazione di protesi ossee e dentali, alla diagnostica e sensoristica
biomedica, alla ingegnerizzazione di molecole farmaci per la cura di malattie. Le nanotecnologie trovano
infine un ambito di applicazione significativo nel campo dell’elettronica. Tramite le applicazioni delle
nanotecnologie si possono realizzare transistor su scala nanometrica e dispositivi quantistici con maggiori
funzioni (computazione quantistica) rispetto a quelli classici utilizzati correntemente nell’industria
elettronica.
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In sintesi: il futuro “pervasivo” della nanotecnologia
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Fonte: Micro- and Nano Manufacturing in Europe The MINAM platform. Dr. Wolfgang Schaefer / Fraunhofer IPA, Stuttgart
Dr. Johann Dorner / Fraunhofer IPA, Stuttgart, Strategies for Global Manufacturing A European View of IMS 15-16 November 2007
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IL PANORAMA INTERNAZIONALE
PRESENTE E FUTURO
Mercati & Tecnologie
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La ricerca in Europa e nel mondo (1)
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La ricerca fondamentale sulle nanotecnologie è
molto forte in Europa (soprattutto nei
nanomateriali e nella nanobiotecnologia) .
Ciò dipende in larga misura dal forte
finanziamento pubblico stanziato dai
governi europei nella ricerca
nanotecnologica. Nel 2008, la spesa in
ricerca di provenienza pubblica nell’UE è
stata pari a 2,6 miliardi di dollari (circa il
30% della spesa mondiale) rispetto a 1,6
miliardi di dollari degli Stati Uniti e circa
2,8 miliardi di dollari dell’Asia. Si
evidenziano forti programmi di
investimento pubblico in Germania,
Francia e UK. Il settimo Programma
Quadro stanzierà una media di circa 0,7
miliardi di dollari l’anno per programmi di
ricerca nelle nanosienze, nanotecnologie,
e tecnologie per la produzione di nuovi
materiali. In Europa, sono stati identificati
oltre 240 centri di ricerca e 800 imprese
private che sviluppano attività di R&D
nelle nanotecnologie.
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Il ruolo della ricerca privata nel settore
è in Europa decisamente inferiore
rispetto ad altre aree del mondo: 1,7
mld di dollari rispetto ai 2,7 mld di
dollari investiti in USA e 2,8 mld di
dollari in Asia.
Questa è forse la principale debolezza
europea: sono necessari interventi per
trasformare l’eccellente ricerca in
prodotti, servizi, posti di lavoro e
posizioni competitive che favoriscano
la crescita del settore dal punto di
vista industriale.
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Il dato relativo ai finanziamenti
pubblici dell’anno 2009, pubblicato
dalla Lux Research, per singolo Paese,
evidenzia a livello europeo il
consistente investimento governativo
della Germania.
Rilevante anche la posizione della
Russia, mentre l’Italia si collova fra I
paesi in cui l’investimento è all’incirca
pari ai 100 milioni di euro.
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Nanodistretti “emergenti” in Europa
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Fonte: POSITION PAPER ON FUTURE RTD ACTIVITIES OF NMP FOR THE PERIOD 2010 – 2015, 2009, European Commission
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Mappa dei distretti nano-tecnologici in USA
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I 4 Stati di punta sono la California, il Massachusetts,
lo Stato di New York e il Texas;
mentre fra le 5 aree metropolitane classificate come
top Nano Metro per concentrazione di imprese
nanotech, strutture e organizzazioni di ricerca tre si
trovano in California –San Jose, San Francisco e
Oakland, a conferma del ruolo di primo piano dello
Stato nella competizione nanotech- e due nel
Massachusetts: Boston e Middlesex-Essex.
Questi Stati sono accomunati da tre fattori:
a) Un significativo coinvolgimento di agenzie
governative, industrie e investitori nello sviluppo di
nuove iniziative, senza lasciare lo sforzo unicamente a
carico delle Università
b) Focus alla commercializzazione, come ha fatto il
California NanoSystems Institute quando ha reclutato
l‘imprenditore Derrick Boston per guidare i processi di
commercializzazione dell’Istituto
c) Raccolgono donazioni da industria e privati. Ad
esempio in Arizona, stato che vanta una notevole
attività di ricerca nel settore, passi significativi nel
campo della nanoelettronica sono stati resi possibili da
donazioni di Motorola
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Le pubblicazioni scientifiche (1)
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Anche in termini di pubblicazioni
scientifiche nell’area delle
nanotecnologie, l’UE evidenzia una
posizione di rilievo, così come si
evince il calo del numero di
pubblicazioni da parte dei laboratori
statunitensi e la crescita esponenziale
di quelle cinesi.
Tuttavia, il numero delle pubblicazioni
non riflette necessariamente la
qualità o l’influenza di tali lavori sul
panorama scientifico internazionale.
Molte delle pubblicazioni asiatiche
infatti, non compaiono nelle più
importanti pubblicazioni del settore, a
differenza di quanto avviene per i
lavori degli USA ed europei.
Secondo altre fonti (ObservatoryNano
Facts Sheet 2010-2011) il contributo
dell’Italia sulle pubblicazioni
scientifiche europee dell’anno
2007sarebbe di circa il 12%
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Le pubblicazioni scientifiche (2)
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Considerando, allora, le
pubblicazioni sulle tre principali
riviste del settore Science, Nature,
and Proceedings of the National
Academy of Sciences, gli USA
continuano a mantenere una
posizinoe di rilievo, con circa il 65%
del totale delle citazioni di articoli
pubblicati su queste riviste.
È interessante notare, comunque,
la sotanziale stabilità della
percentuale delle citazioni a
partire dal 2005 degli USA, Francia,
Germania e Giappone, mentre
cresce quello della Cina, per il
quale appare ragionevole
attendersi un superamento della
Francia e del Giappone nel breve
periodo.
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Distribuzione delle attività brevettuali delle Nanotecnologie.
Variazione 2000 - 2005
30
Le tre aree geografiche leader nella
brevettazione sono Stati
Uniti (42,9%), che tuttavia hanno
visto un calo della propria posizione
rispetto al 2000, l’UE (26,6%) e il
Giappone (14,1%);
complessivamente essi detengono
l’83,6% della quota complessiva dei
brevetti.
La nanotecnologia si estende, per ciò
che concerne i brevetti, anche ai
paesi come Corea del Sud (3,6%) ,
Israele (1,6%), Singapore (1,5%).
Anche in questo caso è evidente il
forte incremento della Cina che ha
più che raddoppiato la quota di
brevetti mondiali nel settore.
Fonte: Position Paper on RTD activities on of NMP for the period 2010-2015.
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I brevetti: anno 2007
31
Secondo fonti più recenti, la
distribuzione dei brevetti mondiali
nel campo delle nanotecnologie,
mostra un peso relativo più
consistente degli USA e del
Giappone; l’Unione Europea
contribuisce al 17% dei brevetti
mondiali, seguita dalla Corea e dalla
Cina.
L’Italia incide per circa il 6% sui
brevetti a titolarità di soggetti
residenti nell’UE.
Fonte: ObservatoryNano Factsheets 2010 – 2011.
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Nanotecnologie e brevetti: aziende e centri di ricerca nel mondo
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In relazione alle caratteristiche dei soggetti
titolari, il 77% dei brevetti sono detenuti da
privati, il 16% da università, il 5% da parte dai
governi e il 2% da indipendenti, senza fini di
lucro.
La maggior parte dei brevetti di cui dispongono
le imprese, riguarda gli ambiti medico,
farmaceutico , chimico, cosmetico.
L’utilizzo delle nanotecnologie per tutto ciò
riguardi la salute e la prevenzione risulta
strategicamente rilevante in ottica di business
da qui ai prossimi anni, sotto i seguenti aspetti:
- terapeutico (meccanismi di rilascio di farmaci,
vaccini, nutraceutici,etc.)
- diagnostica (sensori, biomarcatori, etc.)
- salute consumatori (cosmetici, creme
solari, antibatterica / antisettico / rivestimenti
antimicrobici, i sistemi di depurazione delle
acque)
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La leadership nella ricerca
33
Considerando le osservazioni precedenti, integrate con le valutazioni sulla quota di PIL prodotto
dall’alta tecnologia, la quota di R&D sul PIL, e la dotazione di manodopera specializzata nonchè di
laureati e studenti di dottorato in materie scientifico e tecnologiche, sembrerebbe emergere
ancora una posizione di leadership degli Stati Uniti nella ricerca nanotecnologica (Fonte:
POSITION PAPER ON FUTURE RTD ACTIVITIES OF NMP FOR THE PERIOD 2010 – 2015, 2009,
European Commission). Tuttavia il Giappone, la Germania e la Corea del Sud sembrano colmare
velocemente il gap esistente. Nel 2008, il Giappone era il secondo paese nel mondo per
investimenti privati in R&D e numerose inziative governative. Abbiamo assistito ad una crescita
estremamente consistente di attività di R&D nelle nanotecnologie in Germania negli ultimi anni
grazie a ingenti investimenti propri e provenienti dalla Comunità europea. Ciò ha posto la
Germania in una posizione di assoluta leadership nel settore nell’intera UE. La Corea del Sud
infine, è al terzo posto per spesa privata in R&D ed è forse il paese che ha maggiori prospettive di
capitalizzare gli investimenti nel settore in tutto il continente asiatico.
Riguardo alla Cina, invece, si può assumere che è il paese in cui è più probabile lo sviluppo
industriale del settore soprattutto in relazione alla produzione low-cost di nanomateriali come
nanotubi in carbonio, nanofibre e nanofilm. Ma non solo: la Cina sta incrementando il suo ruolo
anche come produttore di conoscenza scientifica e formazione di ricercatori specializzati.
La leadership degli USA potrebbe vacillare.
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Nanotecnologie: il mercato presente e futuro (1)
34
Composizione del mercato per l’anno 2009
Su un totale di ricavi stimati per
l’anno 2009, legati alla vendita di
prodotti nanotecnologici nel mondo,
la quota prevalente appartiene
all’area dei materiali e dei manufatti,
seguita dall’elettronica e ICT, Scienze
della vita e una quota marginale per
l’energia e ambiente
Fonte: National Nanotech Initiative, PCast report and Lux Research
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Nanotecnologie: il mercato presente e futuro
35
Andamento delle vendite, previsione al 2015 (anno 2010)
Le previsioni per l’anno 2015 della
Lux Research Inc, stimano un volume
delle vendite pari a 2,5 milioni di
miliardi di dollari: una crescita che è
stata frenata dalla crisi economica
che ha influito sullo sviluppo delle
applicazioni nei settori automotive,
delle costruzioni e delle’elettronica.
Ad oggi, la maggior parte delle
vendite è da attribuirsi alla
produzione e ai materiali (oltre il
55%), seguita dall’elettronica e IT
(circa il 23%).
Le previsioni per l’occupazione nel
2015 parlano di circa 2 milioni di
addetti nel settore ; di questi circa il
50% sarà creata in USA e il 25% in
Europa.
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Nanotecnologie: sviluppo per aree di applicazione
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In base alle previsioni della Lux
Research,si attende un forte
sviluppo delle applicazioni
delle nanotecnologie nel
periodo 2009-2014, con il
passaggio dalla fase di sviluppo
(proof of concept) alla fase di
introduzione sul mercato dei
primi prodotti, fino alla fase di
commercializzazione di scala
(con ricavi attesi dell’ordine di
decine e centinaia di milioni di
euro).
Fonte: Ireland’s nanotechnology Commercialisation action Framework 2010-2014, 2010,
Lux Research e Forfas
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Stime della consistenza e dello sviluppo delle
Nanotecnologie nel mondo
37
La Lux Research ha
individuato una serie di
indicatori di performance e di
potenzialità per stabilire la
posizione di ciascun Paese
relativamente all’attività
nelle nanotecnologie e allo
sviluppo tecnologico.
Nel 2008 gli USA e il
Giappone mantenevano
ancora una posizione di
assoluto rilievo, ma si
evidenzia la crescita di
importanza della Corea del
Sud, della Cina, ma anche
della Russia e dell’Italia.
Fonte: Ireland’s nanotechnology Commercialisation action Framework 2010-2014, 2010,
Lux Research e Forfas
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Aree principali in cui si concentrano gli investimenti
38
UE
(NOVARTIS, L’Oreal, Diagnostikfors Shung
Istitute, Centre National de la Recerche
Scientifique, Sanovi-Aventis,Glaxo,Henkel)
USA
(California University,
Texas University,Rohm
and Haas,Eastman KodaK
Company,ISRA Visions
Systems Group, MIT)
Giappone
(TSA, National Institute
of Advanced Industrial
Science and Technology)
39
LE NANOTECNOLOGIE NEL PANORAMA
EUROPEO: STRATEGIE E FINANZIAMENTI
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Toscana
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Nanotecnologie: strategie e investimenti UE
40
Il rapporto sull'attuazione del Piano d'azione 2005 a favore delle nanotecnologie evidenzia l'importanza
strategica del settore - un'area in cui l'Europa è all'avanguardia - e il contributo che queste nuove
tecnologie possono offrire al miglioramento della qualità della vita e delle condizioni economiche degli
europei, grazie alle rivoluzionarie applicazioni nei settori della medicina, dell'elettronica e dell'ingegneria
dei materiali. La Commissione europea è impegnata nello sviluppo delle nanotecnologie attraverso un
approccio integrato e responsabile che tiene conto di tutti gli aspetti: sicurezza, accettazione da parte
della società, implicazioni etiche, ecc.
Il Sesto programma quadro di ricerca dell'Ue ha destinato 1,4 miliardi di euro al finanziamento di 550 progetti
nel campo delle nanoscienze e delle nanotecnologie. Tra gli obiettivi prioritari di questi progetti figurano
la ricerca di base e quella industriale, le risorse umane, le infrastrutture dedicate alle nanotecnologie, la
sicurezza e la comunicazione. Nonostante la forte partecipazione dell'industria a questi progetti, che ha
stimolato l'innovazione (anche nelle PMI) e la crescita del numero di brevetti e di spin-off nonché un
ambiente più favorevole per la ricerca e l'industria, gli investimenti privati in Europa restano inferiori
rispetto a Usa e Giappone.
Con il Settimo programma quadro di ricerca e sviluppo, i finanziamenti di Bruxelles per le nanotecnologie e le
nanoscienze aumenteranno significativamente. La media annuale dei fondi sarà più che raddoppiata
rispetto al Sesto programma. In aggiunta, il meccanismo di finanziamento con condivisione dei rischi
(Sharing Financing Facility), creato dalla Commissione insieme alla Banca europea per gli investimenti
(BEI), permetterà di accedere a nuove risorse.
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L’impegno progressivo della C.E. per le Nanotecnologie.
Dati in Mil €.
41
Fonte: The Institute of Nanotechnology; C.E.
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UE: progetti internazionali orientati allo sviluppo di
nanotecnologie
42
Africa
Collaboration with Africa in water research: African Water
Co-operation with South Africa
EU and Egypt adopt joint S&T; action plan, CORDIS News, 22 June 2006
Asia
A Network of European Researchers in Japan. (Era-Link/Japan) Online Survey. The results of this survey will be
used to develop the network to be launched under the name ERA-Link/Japan later this year.
Asia-Link Programme
Co-operation with India
Co-operation with China
Australia
Co-operation with Australia
Nord America
Co-operation with the United States
Co-operation with Canada
Est Europe (non-EU)
Co-operation with Russia
Latino America
EU project NanoforumEULA: Nanoforum EU Latin America
Co-operation with Argentina
Co-operation with Chile
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Nanotecnologie: strategia congiunta UE e Giappone per
l’ambiente
43
Per ridurre drasticamente le emissioni di biossido di carbonio (CO2) nel mondo con una prospettiva a lungo termine, la
maggior parte dei governi internazionali attua policies mirate a sviluppare tecnologie energetiche innovative necessarie a
tal fine. Di recente, il Giappone ha sviluppato il Cool Earth - Innovative Energy Technology Programme, mentre la
Commissione europea ha sviluppato il Piano Strategico Europeo per le tecnologie energetiche (SET) per promuovere
attivamente lo sviluppo di queste tecnologie.
L'UE e il Giappone, in quanto leader mondiali in questo campo, sono consapevoli dell'importanza della loro cooperazione.
A giugno 2008, l'ex ministro dell'Economia, del commercio e dell'industria giapponese, Akira Amari, e il commissario
europeo per la Ricerca, Janez Potocnik, hanno concordato di promuovere la cooperazione tra l'UE e il Giappone su ricerca
e sviluppo nel campo dell'energia. Gli ambiti di cooperazione sono:
Fotovoltaico:
- sistemi fotovoltaici a concentrazione (CPV) e moduli di celle solari ad ultra-alta efficienza;
- celle solari a banda intermedia (IBSC) e tecnologia quantum dot;
- celle solari a strato sottile multigiunzione ad alta efficienza.
Accumulazione di energia:
- metodo di analisi e valutazione per rendimento e sicurezza a vita (compresa la standardizzazione);
- tecnologia per pile pre-competitiva di prossima generazione (compresa la ricerca sui materiali);
- integrazione di accumulo sulla rete.
CCS:
- sicurezza di trasporto e conservazione del CO2;
- percezione pubblica;
- standardizzazione e armonizzazione.
Fonte: http://cordis.europa.eu
44
LE NANOTECNOLOGIE NEL
PANORAMA NAZIONALE
Toscana
Promozione
Toscana
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L’industria delle nanotecnologie
in Italia: il censimento dell’AIRI
45
In Italia si è registrato un vero e proprio boom dei centri di ricerca impegnati nelle
nanotecnologie. È quanto emerge dall'ultimo rapporto dell'Airi (Associazione
italiana per la ricerca industriale) “Italian Nanotechnology Census”, anticipato, in
occasione della Conferenza internazionale ‘Nanotechitaly 2010', organizzata a
Venezia da Cnr, Airi/Nanotec It e Veneto Nanotech.
Secondo lo studio (pubblicato nel maggio 2011) i centri di ricerca italiani sulle
nanotecnologie hanno raggiunto le 190 unità: il 55% è rappresentato da
operatori pubblici e il 45% da imprese o centri di ricerca privati. Significativo
l'incremento delle strutture private che, dal 2004, si sono quadruplicate, facendo
registrare una crescita del 23% nell'ultimo anno.
A oggi in Italia la ricerca in nanotecnologie impegna oltre 4.000 addetti. Si è
passati dalle 20 imprese private del 2004, alle 69 del 2006, fino alle 85 del 2010. Si
tratta di dati che, sottolinea l'Airi/Nanotec It, confermano l'interesse crescente
dell'industria per le nanotecnologie, con lo scopo di assicurarsi vantaggi
competitivi rispetto alla concorrenza.
Toscana
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Alcuni risultati di rilievo del censimento AIRI
46
Il citato censimento rappresenta una
delle fonti più autorvoli e aggiornate
esistenti in Italia sullo stato del
settore. La recente pubblicazione
della terza edizione del rapporto
restituisce la fotografia di un settore
in crescita, caratterizzato dalla
presenza di competenze scientifiche
di eccellenza e di nicchia, con un
crescente coinvolgimento del settore
industriale.
Esistono delle aree di intervento che
potrebbero potenziare ulteriormente
il settore che dipendono da
caratteristiche intrinseche della
tecnologia, ma anche da debolezze
strutturali del Paese nei confronti
della ricerca e delle tecnologie più
avanzate.
Nelle pagine successive saranno
presentati alcuni dei risultati
principali tratti dalla presentazione
del rapporto citato.
Fonte: Third Italian nanotechnology Census, AIRI, 2011.
Toscana
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La localizzazione dei soggetti italiani
47
Dal censimento realizzato
dall’AIRI emerge una forte
concentrazione di soggetti
nella regione Lombardia che,
complessivamente, è sede
del 22% dei soggetti
individuati. Nel settore
pubblico un peso rilevante ha
anche il Lazio, mentre
riguardo al numero di
aziende, emerge la regione
del Veneto dove, la presenza
del distretto tecnologico
(Veneto Nanotech) ha
favorito la concentrazione di
una massa critica di imprese
Distribuzione dei soggetti pubblici e privati attivi nelle nanotecnologie
Toscana
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Caratteristiche dei soggetti pubblici italiani
48
Toscana
Promozione
Caratteristiche dei soggetti privati italiani
49
Toscana
Promozione
Aree di specializzazione della nanotecnologia in Italia
50
Toscana
Promozione
I principali Centri Pubblici nelle Nanotecnologie, in Italia 1/2
51
Fonte: AIRI; P.I.N.C., 2006
.
Toscana
Promozione
I principali Centri Pubblici nelle Nanotecnologie, in Italia 2/2
52
.
Toscana
Promozione
I principali Centri Privati nelle Nanotecnologie, in Italia
53
.
Toscana
Promozione
Le principali Imprese nelle Nanotecnologie, in Italia
54
Fonte: AIRI; P.I.N.C., interviste 2005
55
I SOGGETTI DELLA FILIERA IN TOSCANA:
RICERCA E IMPRESE
Toscana
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Toscana
Toscana
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Promozione
Nanotecnologie in Toscana
56
In Toscana forti competenze scientifiche e produttive hanno portato alla nascita di interlocutori
a livello istituzionale e referenti per le aziende ed istituti di ricerca interessati ad innovare per
creare prodotti a contenuto sempre più tecnologico.
I centri di ricerca presenti sul territorio, specializzati negli ambiti trasversali alle nanotecnologie,
unitamente alla presenza di imprese protese ad entrare nel settore, possono agevolare lo
sviluppo di eccellenze internazionali in ambito scientifico, favorire l’applicazione delle
nanotecnologie e sviluppare nuove imprese.
La Toscana, infatti, vanta una buona presenza di imprese interessate alle nanotecnologie. In
effetti, occorre distinguere le imprese interessate all’applicazione delle nanotecnologie e quelle,
a maggiore contenuto tecnologico, che sviluppano le nanotecnologie, spesso in stretta
collaborazione con i centri di ricerca
La Toscana ha dimostrato negli ultimi anni di avere un forte orientamento allo sviluppo del
settore, sia in termini di policies regionali, sia per ciò che concerne i centri di ricerca preminenti
e le imprese del territorio. L’intento appare essere quello di potenziare l’impatto della ricerca
sul territorio regionale tramite la messa in rete dei principali centri servizi specializzati e
istituendo collaborazioni sinergiche con altri poli di competenza.
Toscana
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I soggetti della ricerca scientifica in Toscana (1)
57
In Toscana esistono diverse competenze di ricerca nel campo delle
NANOTECNOLOGIE all’interno delle università e in alcuni istituti di ricerca del CNR.
Presso l’Università di Firenze sono attive unità di ricerca presso il Dipartimento di
Chimica e in quello di Fisica.
Presso il Dipartimento di Chimica, vengono realizzate ricerche, nell’ambito delle
attività del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e la tecnologia ei
Materiali, con particolare riferimento alle nanostrutture funzionali: nanomagneti di
origine molecolare, materiali magnetici multifunzionali, approcci molecolari per
magneti nanostrutturati, effetti fisici di molecole isolate su superfici, studio di SAM
di molecole magnetiche; studio delle nanoparticelle magnetiche
Alcune competenze del Dipartimento di Fisica, in particolare nella sede del Polo
Scientifico di Sesto Fiorentino, si dedicano allo studio di: nanostrutture,
esperimenti subatomici, acceleratore di particelle, applicazioni nanotecnologiche
alla produzione ed al restauro del patrimonio artistico e culturale (Labec/Infn).
Toscana
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58
Il centro di maggiore eccellenza nel sistema universitario pisano è il NEST (National
Enterprise for Nanoscience and Nanotechnology), che è un centro interdisciplinare di
ricerca e di formazione sulla nanoscienza dove operano fisici, chimici e biologi.
Il Nest, che ha sede a Pisa presso il complesso San Silvestro della Scuola Normale
Superiore, include tre diverse istituzioni: la Scuola Normale Superiore, l’Istituto
Italiano di Tecnologie (ITT), che ha la sede centrale a Genova, il CNR.
Sebbene ciascuna istituzione abbia il proprio staff e la propria amministrazione (il
Laboratorio NEST della SNS, IIT@NEST Center for Nanotechnology Innovation dell’ITT e
l’Istituto di Nanoscienze del CNR, che svolge attività di ricerca anche a Lecce e a
Modena), le attività dei ricercatori sono strettamente coordinate indipendentemente
dalla loro affiliazione
Lo spettro di attività di ricerca è piuttosto vasto e si estende da progetti sulle
nanostrutture per semiconduttori-superconduttori a studi su singole molecole in
tessuti e cellule vive; le attività riguardano anche la medicina molecolare, la
diagnostica avanzata, i nanosistemi per l’energia.
Toscana
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59
L’università di Pisa è attiva in questo settore con alcune competenze e linee di ricerca
maturate all’interno del Dipartimento di Chimica e chimica industriale e del
Dipartimento di Fisica.
In particolare il Dipartimento di Chimica e di chimica industriale sono specializzati in
due campi: i) la modelizzazione e studio di sistemi biomimetici nanostrutturati per
applicazioni famaceutiche e di ingegneria tissutale; ii) la nanochemistry che riguarda la
definizione di nuovi catalizzatori metallici nanostrutturati per applicazioni industriali e i
processi di sintesi di nanoparticelle metalliche
Il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa partecipa con alcuni suoi membri
all’attività del NEST, coordinato dalla Scuola Normale Superiore. Ha attivo al proprio
interno anche il Laboratorio NanoLab, specializzato in ricerche sulle tecniche di
microscopia e spettroscopia per la caratterizzazione e manipolazione di materiali
avanzati su scala nanometrica e sulle applicazioni laser.
Toscana
Promozione
60
La Scuola Superiore Sant’Anna è attiva con il Laboratorio di Scienze Mediche nel campo
della Nanomedicina, cioè ricerche per applicare avanzamenti nel campo delle
nanotecnologie alla medicina sia preventiva che interventistica.
Il laboratorio CRIM dell’Istituto di Biorobotica, in sinergia con l’IIT che ha un centro di
attività presso la sede in cui è ospitato anche il CRIM, si occupa, fra l’altro, di applicazioni
nanometriche a livello biologico. Sono oggetto di studio le interazioni tra sistemi
biologici e superfici nanostrutturate con l’obiettivo di rendere più efficaci alcuni
medicinali, oppure in campo chirurgico. Altre linee di ricerca riguardano: i nanofilm (film
a base di polimeri dello spessore di poche decine/centinaia di nanometri) per dispositivi
elettrochimici, sensori biologici e nano-meccanici; i nanotubi utilizzati in campo
biomedico per la chiusura di ferite dopo un intervento chirurgico o procedure
laparoscopiche.
Toscana
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61
All’interno dell’Università di Siena, opera un’unità operativa del Centro Interuniversitario
Sistemi Medici Avanzati (CRISMA), che fa riferimento al Dipartimento di Scienze e
Tecnologie Chimiche e Biosistemi.
In particolare, l’unità operativa di Siena incentra le sue ricerche sulla realizzazione di
superfici microstrutturate come materiali guida per la crescita cellulare e sulla
preparazione di materiali micro e nano-strutturati. In collaborazione con altre istituzioni
universitarie, si occupa delle Tecnologie per la manipolazione su scala nanometrica dei
materiali e della loro applicazione biomedica.
Toscana
Promozione
Anagrafica dei centri di ricerca
62
Polo Scientifico e Tecnologico – Area di
Fisica e LABEC (Laboratorio di Tecniche
nucleari per i beno culturali)
50019 Sesto Fiorentino (FI)
tel. 055-5253929 055-525392
Laboratorio NEST
Complesso San Silvestro
Piazza San Silvestro 12 - 56127 Pisa
phone. 39 050 509480
admin. 39 050 509418/440
fax 39 050 509417
web site: www.laboratorionest.it
D ipartimento di Chimica e chimica
industriale - Università di Pisa
Via Rsorgimento 35 - 56126 Pisa
Ph.: +39 050 2219000; Fax +39 050 2219260
Web site: http://www.dcci.unipi.it
Toscana
Promozione
Anagrafica dei centri di ricerca
63
Polo Scientifico e Tecnologico – Area di
Fisica e LABEC (Laboratorio di Tecniche
nucleari per i beno culturali)
50019 Sesto Fiorentino (FI)
tel. 055-5253929 055-525392
Laboratorio NEST
Complesso San Silvestro
Piazza San Silvestro 12 - 56127 Pisa
phone. 39 050 509480
admin. 39 050 509418/440
fax 39 050 509417
web site: www.laboratorionest.it
D ipartimento di Chimica e chimica
industriale - Università di Pisa
Via Rsorgimento 35 - 56126 Pisa
Ph.: +39 050 2219000; Fax +39 050 2219260
Web site: http://www.dcci.unipi.it
Toscana
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Le aziende interessate dalle nanotecnologie:
i risultati del progetto NANOXM (1/3)
64
Nell’ambito dello studio di fattibilità per la
costituzione di un polo di innovazione regionale
sulle nanotecnologie, NANOXM, è stata realizzata
una indagine empirica su un campione di 36
imprese delle 82 individuate sul territorio
appartenenti ai settori a maggior contenuto
tecnologico e che negli ultimi anni hanno rivestito
un ruolo centrale nel settore delle
nanotecnologie.
Le aziende intervistate appartengono per la
maggior parte al settore delle ICT, del Tessile e
dell’Automazione, anche se si riscontrano
presenze un po’ in tutti i settori tecnologici della
regione.
Distribuzione del campione di imprese
Fatturato delle imprese intervistate
Si tratta di imprese di medio-grandi dimensioni, a
conferma che le nanotecnologie rappresentano al
momento una opportunità utilizzabile
prevalentemente da imprese con disponibilità
finanziarie maggiori.
Sono imprese che mostrano capacità di
esportazione e fortemente specializzate, come
dimostrano le dichiarazioni in relazione alla
concorrenza, limitata e diffusa a livello globale
Fonte: Report NANOXM, 2010
Toscana
Promozione
65
La maggior parte delle imprese intervistate si
configura come utilizzatore di nano tecnologie,
che non realizza direttamente nei propri centri
di ricerca, ma acquista da laboratori esterni.
L’interesse nei confronti di queste soluzioni,
tuttavia, è molto più esteso del reale utilizzo e
ciò sia per le nanotecnologie, ma soprattutto
per le micro tecnologie.
I motivi dello scarso utilizzo sono da ricercarsi
nella mancanza di competenze all’interno
dell’impresa e nella difficoltà di trovare
adeguati finanziamenti o forme di
collaborazione scientifica con i centri di ricerca.
Toscana
Promozione
66
Da questa analisi emerge che il mercato toscano del settore è composto da
5 o 6 imprese leader (come Colorobbia Italia Spa, Acque Spa e Inso Spa) a
cui possono aggiungersi un numero potenzialmente esteso di imprese
minori operanti in settori differenti, nella misura in cui le nanotecnologie
diventano accessibili e diffuse.
Di seguito sono riportate le aziende contattate nell’indagine del progetto
NANOXM, che rappresenta quindi una prima lista di potenziali fruitori ma
anche produttori di nanotecnologie della regione.
Toscana
Promozione
Le Aziende toscane contattate nel progetto NANOXM
67
Aziende contattate nell’indagine del progetto NANOXM
Toscana
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Alcune realtà industriali di rilievo in Toscana:
Siena Solar Nanotech
68
Siena Solar Nanotech è nata grazie all'impegno del professor Carlo Taliani del CNR, presidente
dell'azienda e che ha sempre creduto, insieme a investitori senesi e toscani, in quello che si è rivelato con
ragione uno dei più innovativi progetti di sviluppo sostenibile per il fotovoltaico di seconda generazione,
tramite un processo produttivo che rappresenta un primato mondiale nel suo settore.
Si tratta della tecnologia di deposizione dei film sottili che deriva da un'idea di Organic Spintronics,
spinoff del CNR di Bologna che ha poi dato vita a Siena Solar Nanotech cedendole il know-how con
l'obiettivo di produrre, a livello industriale, macchinari per la produzione di pannelli fotovoltaici
innovativi. Per farlo, Siena Solar Nanotech attua su scala industriale la deposizione di film sottili
fotovoltaici attraverso la tecnica PPD (Pulsed Plasma Deposition) che sfrutta impulsi ultracorti di
elettroni.
Un progetto così forte che a Milano, lo scorso ottobre Siena Solar Nanotech è stata giudicata come una
delle 8 migliori finaliste di Intesa Startup Initiative Clean Tech ed invitata a partecipare alle sessioni
internazionali a Londra e Francoforte, presentandosi - attraverso la formula del "pitch elevator" (una
breve presentazione di pochi minuti seguita da una sessione di domande) - alla platea di investitori
istituzionali internazionali con il progetto di industrializzazione della Pulsed Plasma Deposition (PPD).
Nel mese di marzo il professor Carlo Taliani è intervenuto alla conferenza Thin Film Summit - una delle
principali conferenze per l'industria del fotovoltaico a film sottili - a Berlino nella sessione Enhacing
manufacturing processes and cost , dove presenterà i vantaggi che la tecnnologia PPD mette a
disposizione dell'industria del fotovoltaico a film sottile.
Il mese di marzo si è chiuso con un volo per gli Stati Uniti, in California: Siena Solar Nanotech è stata tra i
protagonisti dell' Italian Innovation Day.
Toscana
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Alcune realtà industriali di rilievo in Toscana:
Colorobbia Italia
69
Colorobbia Nanomaterial è la sezione di Colorobbia Italia che si occupa della progettazione
e della sintesi di Nanomateriali, oltre che dello sviluppo di processi innovativi.
Colorobbia Italia è una società chimica sviluppata internazionalmente, con competenze
chiave nei settori della ceramica industriale, tecnica e avanzata, oltre che dei materiali
innovativi.
Il patrimonio di conoscenze e la capacità d’innovazione, consolidate in quasi 90 anni
d'ininterrotta attività industriale, hanno permesso una crescita continua sostenuta dalle
ingenti risorse destinate alla ricerca e allo sviluppo dei materiali.
La cultura scientifica acquisita nei settori di riferimento, ha facilitato il trasfermento
tecnologico delle conoscenze in altri ambiti di ricerca più avanzata, come le Nanotecnologie.
Da oltre 10 anni Colorobbia Italia svolge attività di ricerca nell'ambito delle Nanotecnologie e
oggi l'azienda rappresenta in Europa un produttore di principi attivi, a base di Nanomateriali,
di riferimento per il settore.
Fonte: www.colorobbia.it
Toscana
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La Filiera delle nanotecnologie: alcune informazioni dalle
imprese intervistate dall’Osservatorio (1)
70
Numero unità locali imprese intervistate:
45
Fatturato medio (n rispondenti = 29):
2.500.000 €
Numero medio addetti (n rispondenti=44):
10 addetti
Il 73% sono micro-imprese (< 10 addetti), di cui più della metà sono
nano-imprese (< 5 addetti). Soltanto 1 azienda possiede sui 100
addetti.
Toscana
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La Filiera delle Nanotecnologie
alcune informazioni dalle imprese intervistate dall’Osservatorio (2)
71
Composizione del mercato di sbocco (n rispondenti=31):
Il mercato di sbocco delle aziende
intervistate è nazionale; più della metà
di esse ha un mercato prevalentemente
provinciale e regionale. Il 17% ha un
mcercato di sbocco internazionale
Toscana
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Rappresentazione schematica della filiera delle nanotecnologie
72
Dall’analisi emersa nelle pagine precedenti e dalle considerazioni raccolte
attraverso i contatti con esperti del settore, la filiera toscana delle nanotecnologie
appare fortemente orientata a potenziare le ricadute dei risultati ottenuti
all’interno dei centri di ricerca
La ricerca di base produce risultati che sono diffusi soprattutto a livello sovraregionale e nazionale
Tuttavia, negli ultimi tempi le ricadute della ricerca fondamentale sono anche su
scala locale e regionale sostanzialmente in due direzioni: da una parte attraverso
la creazione di imprese spin-off collegate direttamente all’attività scientifica
universitaria; dall’altra attraverso l’interesse di alcune grandi imprese a investire
nell’applicazione delle nanotecnologie all’interno dei propri settori di riferimento
Toscana
Promozione
Rappresentazione schematica della filiera delle Nanotecnologie
73
Leader del settore
Resto del mondo
Leader del settore
Europa
Resto d’Italia
Toscana
Materiali
nanostrutturati,
Nanobiotecnologia,
Nanomedicina,
Nano elettronica
Ricerca
scientifica
fondamentale
Spin-off
della ricerca
Ricerca
tecnologica
applicata
Imprese di diversi
settori che applicano
nanotecnologie
Sviluppo
industriale e/o
promozione
Attività
commerciale
Mercati di
sbocco
* Lo spessore della freccia indica l’intensità e la rilevanza delle relazioni
74
I PROGETTI/AZIONI ATTIVATE A LIVELLO
REGIONALE PER LO SVILUPPO DELLA FILIERA
Toscana
Promozione
Toscana
Promozione
Progetto Siena Nano-Tech (1)
75
La Fondazione Monte dei Paschi di Siena ha dato vita a Siena Nanotech, con sede a Poggibonsi, una jointventure paritetica con la Scuola Normale Superiore di Pisa. Con un investimento di circa 10 milioni di euro
in tre anni, Siena Nanotech avrà la missione di sviluppare commercialmente i risultati scientifici ottenuti
dal laboratorio Nest (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology), il centro di
nanotecnologia della Normale. Siena Nanotech cercherà di tradurre i brevetti del Nest in tema di
tecnologia Teraertz in nuove applicazioni nanotech per le imprese, da produrre e commercializzare con
partner industriali. Anello di congiunzione tra la ricerca di base svolta in Università e il mondo delle
imprese, Siena Nanotech reinvestirà i profitti in ulteriori potenziamenti dell’attività scientifica.
Siena Nanotech ha per obiettivo la valorizzazione e lo sfruttamento del know how e della proprietà
intellettuale nata dalla ricerca scientifica e dalla sperimentazione nel settore delle nanotecnologie, per lo
sviluppo di soluzioni applicative finalizzate al trasferimento tecnologico dalla ricerca al mondo
dell'industria. Avrà il compito di avviare progetti per l'affinamento delle singole tecnologie per arrivare
all'utilizzo industriale, sviluppare in proprio applicazioni, singoli dispositivi, prodotti di uso quotidiano.
Inoltre, verificherà caso per caso l'opportunità di costituire, con partner industriali sinergici, ulteriori
società di scopo per lo sfruttamento industriale di singoli dispositivi/applicativi. In questo momento è in
fase di completamento l'iter di costituzione della società.
Toscana
Promozione
Progetto Siena Nano-Tech (2)
76
giovedì 11 marzo 2010
NANOTECNOLOGIE:NEL 2013 MERCATO DA 1 MLN DI MILIONI DOLLARI
(ANSA) - POGGIBONSI (SIENA), 11 MAR - Per il 2013 il mercato dei prodotti derivati dalle nanotecnologie potrà
superare un milione di milioni di dollari tra dispositivi per l'elettronica e per la biomedicina. E' la stima
presentata da Fabio Beltram, direttore del Nest (National Enterprice for Neuroscience and Nanotech) della
Scuola Normale di Pisa, a margine della presentazione del progetto per il centro Siena Nanotech, destinato a
valorizzare la ricerca italiana sulle nanotecnologie. "Già dal 2012-2013 - ha detto Beltram - il 50% dei prodotti
derivati dalle nanotecnologie riguarderà il settore dell'elettronica, della fotonica e delle telecomunicazioni;
l'altro il campo della biomedicina e dalla farmaceutica". Quella prevista nei prossimi anni è una vera e propria
esplosione delle nanotecnologie: "dopo l'andamento sostanzialmente piatto registrato negli anni '90, a
partire dal 2010-2011 si comincia a puntare verso l'alto", ha rilevato Beltram. L'Italia si sta preparando e il
progetto Siena Nanotech, secondo l'esperto, intende permettere di trasferire le grandi competenze della
ricerca italiana in questo campo. "La nostra ricerca è di buon livello - ha osservato - e siamo ben presenti nella
letteratura internazionale, mancava il trasferimento delle conoscenze alla parte produttiva". La competenza
scientifica dell'Italia in questo campo si deve, secondo Beltram, all'azione pionieristica della Scuola Normale di
Pisa: "negli anni '90 siamo stati i primi in Italia. Questo ci ha permesso di essere in linea con la situazione
internazionale e di non andare all'inseguimento". (ANSA).
77
INDICAZIONI DI POLICY
Toscana
Promozione
Toscana
Promozione
Qualche riflessione generale (1)
78
La filiera delle nanotecnologie presenta le seguenti peculiarità:
1) è una filiera sulla quale alcune altre regioni italiane stanno puntando molto (per es.
Veneto, Liguria con IIT, Puglia, ecc.). Non è quindi né chiaro né scontato immaginare
quale regione avrà la leadership in Italia e quali regioni invece stanno oggi
investendo per poi trovarsi ad occupare la quarta o quinta posizione. Non è neanche
ancora chiaro se le prime regioni italiane saranno anche al top a livello
internazionale;
2) non è neanche chiaro, ad oggi, quali dinamiche di sviluppo economico emergeranno
da tale filiera. Si tratta di tecnologie che daranno vita ad imprenditorialità diffusa
(tante piccole imprese intorno a centri universitari)? Oppure le tecnologie saranno
diffusamente applicate da aziende operanti in settori diversi? Quanto dovranno
essere attrezzate tecnologicamente le aziende potenziali adottanti? A fronte di
molte potenzialità descritte in numerosi report, rimangono ancora parecchi
interrogativi;
3) inoltre, la filiera delle nanotecnologie sarà caratterizzata da centri di ricerca e da
imprese che sviluppano nanotecnologie, che vendono ad altre imprese, oppure ci
sarà un collegamento diretto tra centri di ricerca e aziende che applicheranno
direttamente le tecnologie sviluppate dai centri di ricerca universitari e dai consorzi?
Toscana
Promozione
Qualche riflessione generale (2)
79
Sta partendo un polo sulle nanotecnologie a livello regionale, a Empoli, che
sembra poter contare sulla partecipazione qualificata di un centro di ricerca (SNS)
e di almeno una grande imprese (Colorobbia). Quali aspettative è lecito nutrire in
termini di (a) generazione di nuove tecnologie, (b) loro diffusione ed applicazione
in Toscana e (c) impatto occupazionale complessivo?
In Toscana si potrebbe fare leva anche su questa filiera per promuovere il
Research in Tuscany ed attrarre giovani talenti in Toscana. Si potrebbe anche
provare ad attrarre centri di ricerca privati, extra-toscani, invitandoli a localizzarsi
nei pressi di centri di ricerca di ecellenza già attivi in Toscana.
Gli investimenti che per ora vengono sostenuti dalla RT sembrano confermare che
le nanotecnologie rappresentano UNA delle filiere sulle quali si vuole puntare,ma
non LA filiera in grado di determinare clamorose discontinuità positive in termini
occupazionali.
Toscana
Promozione
Azioni di policy
Il gruppo di lavoro ha identificato tre macro azioni di policy per le filiere
scientifico-tecnologiche toscane:
(1)
azioni di collegamento internazionale della ricerca scientifica
pubblica e privata toscana, per facilitare i contatti con le eccellenze
del territorio
(2)
azioni di promozione e vendita di prodotti e servizi realizzati in
Toscana, attraverso l’individuazione di distributori esteri o possibili
mercati
(3)
attrazione di investimenti in Toscana, nella forma di centri di ricerca
o imprese che scelgono la regione per la qualità della vita e le
competenze scientifiche esistenti.
Nella tabella seguente vengono riassunte le microazioni suggerite per
tutte le filiere esaminate, con una successiva slide di
approfondimento delle azioni suggerite per la filiera delle
nanotecnologie.
Azioni di collegamento internazionale della ricerca
scientifica pubblica e privata
Laboratori
congiunti
Dottorati
congiunti
Matching
tra
università
Workshop
/convegni di
associazioni
Technology
tours
Sostegno
Uffici affari
internazionali
Robotica
Trasvers.
Energie rinnovabili
Trasvers.
Realtà virtuale e
multimedia
Trasvers.
Tecnologie beni
culturali
Trasvers.
Ottica/Optoelettron
ica e Fotonica
Trasvers.
Strumentazione
Scientifica
Trasvers.
Aerospaziale
Trasvers.
Biomedicale
Trasvers.
Farmaceutico/Diagn
ostica
Trasvers.
Nanotecnologie/
nanomateriali
Trasvers.
Domotica, sistemi
wireless e RFID
Trasvers.
Telerilevamento,
security,
infomobilità
Trasvers.
Azioni di promozione e
vendita di prodotti/servizi
Missioni di
imprenditori
all’estero
Ricerca di
distributori
Promozione
/lobbying
Azioni di attrazione di
investimenti
Attrazione di
centri di
ricerca
presso centri
di ricerca
locali
Attrazione di
centri di
ricerca e
imprese per
qualità della
vita
Insediamenti
produttivi/cl
uster
Toscana
Promozione
Micro azioni suggerite
82
Per quanto riguarda le nanotecnologie, si suggeriscono le seguenti micro-azioni:
il sostegno/finanziamento di laboratori congiunti università-industria o universitàuniversità. Infatti, sebbene solitamente i laboratori di eccellenza siano caratterizzati da
buona mobilità dei ricercatori, questa deve essere ulteriormente sostenuta, specialmente
nella dimensione pubblico-privato;
il sostegno/finanziamento di corsi di dottorato congiunti invece serve soprattutto per la
mobilità internazionale;
la promozione di workshop/convegni di associazioni internazionali ha l’obiettivo di
irrobustire il prestigio dell’università toscana che organizza e anche di promuovere turismo
congressuale in Toscana;
il sostegno all’attività degli Uffici Affari Internazionali degli enti pubblici di ricerca è
un’azione che consideriamo utile trasversalmente a tutte le filiere;
infine, ci sembra da perseguire, per questa filiera, il tentativo di attrarre centri di ricerca
privati nelle vicinanze dei centri pubblici di eccellenza presenti in Toscana.
Non sembrano invece opportune azioni particolarmente incisive riguardo ad azioni di
promozione o vendita di prodotti/servizi, visto che lo sviluppo industriale e tecnologico è
ancora in fase di espansione.
Toscana
Promozione
Bibliografia e Sitografia 1/2
83
POSITION PAPER ON FUTURE RTD ACTIVITIES OF NMP FOR THE PERIOD 2010 – 2015, 2009, European Commission
REPORT TO THE PRESIDENT AND CONGRESS ON THE THIRD ASSESSMENT OF THE NATIONAL NANOTECHNOLOGY INITIATIVE, 2010, President’s Council of Advisors on
Science and Technology
Nanotechnology: Environmental Implications and Solutions by Louis Theodore, Robert G. Kunz May 2005
The Handbook of Nanotechnology: Business, Policy, and Intellectual Property Law by John C. Miller, Ruben Serrato, Jose Miguel Represas-Cardenas, Griffith Kundahl
November 2004
Biological and Pharmaceutical Nanomaterials by Challa S. S. R. Kumar (Editor) December 2005
Biofunctionalization of Nanomaterials by Challa S. S. R. Kumar (Editor) November 2005
Nanosystem Characterization Tools in the Life Sciences by Challa S. S. R. Kumar (Editor) December 2005
Biological and Pharmaceutical Nanomaterials by Challa S. S. R. Kumar (Editor) December 2005
Bionanotechnology: Lessons from Nature by David S. Goodsell February 2004
Nanofabrication Towards Biomedical Applications: Techniques, Tools, Applications, and Impact by Challa S.S.R. Kumar(Editor), Josef Hormes (Editor),Carola
Leuschner (Editor) February 2005
Nanotechnology Applications to Telecommunications and Networking by Daniel Minoli December 2005
Future Trends in Microelectronics: The Nano, the Giga, and the Ultra by Serge Luryi, Jimmy Xu, Alex Zaslavsky September 2004
http://www.mbn.it/contatti.html
www.nanocompositech.com
http://www.ea-aw.de/
Lux Research, http://www.luxresearchinc.com/
Christian Mace et al, “Nanotechnology and groundwater remediation: A step forward in technology understanding”, 2006, Remediation Journal
Nancy A. Monteiro-Riviere et al, “Challenges for assessing carbon nanomaterial toxicity to the skin”, 2006, Carbon
Julie Muller et al, “Respiratory toxicity of multi-wall carbon nanotubes”, 2005, Toxicology and Applied Pharmacology
PLOS MEDICINE - “Nanotechnology and the Developing World” (Aprile 2005)
“Atti del V Convegno Nazionale AICIng 2006” (AICING, Politecnico di Torino; settembre 2006)
Toscana
Promozione
Bibliografia e Sitografia 2/2
84
G.Whiteside, Harvard University; P.Alivisatos, U.California Fundamental Scientific Issue For Nanotecnology http://www.nano.gov
The Nano Risk Framework, http://nanoriskframework.com/National institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
http://www.aist.go.jp/index_en.html
National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH),“Approaches to safe nanotechnology”, http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/safenano/
National Nanotechnology Initiative (NNI), http://www.nano.gov/
New Energy and Industrial Technology Development Organisation (NEDO), http://www.nedo.go.jp/english/
Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), http://www.oecd.org/
Project on Nanotechnologies, A Nanotechnology Consumer Products
Inventory, Woodrow Wilson Center for International Scholars,
http://www.nanotechproject.org/index.php?id=44
Research and Markets, http://www.researchandmarkets.com/
Responsible NanoCode, http://www.responsiblenanocode.org/
The Royal Society, “Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties”, 2004, http://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm
http://www.aist.go.jp/index_en.htmlCORDIS – “Nanotechnology”
FORESIGHT Nanotech Institute
CEFIC – “Nanotechnology Experience”
Millenium Projrct Global Challenges
Nanotechnology Opportunity Report ™ - www.cientifica.com/html/NOR/NORV2.htm
Vision 2020 Roadmap for Nanomaterials - chemicalvision2020.org/nanomaterialsroadmap.html
“International Nanotechnology Development in 2003: Country, Institution and Technology Field Analysis based on USPTO Patent Database” (Huang, Chen and Roco,
2004; Journal of Nanoparticles Research)
OECD e Allianz: “Opportunity and risks of Nanotechnogies” (2005)
Nanoforum.org “Sixth Nanoforum Report: European Nanotechnology Infrastructure and Network” (Luglio 2005)
Toscana
Promozione
Report e riviste
85
Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties, The Royal Society
Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution , K. Eric Drexler, Chris Peterson, and Gayle Pergamit.
CMP_cientifica, White papers about: Fullerenes, Molecular Electronics, Nanocrystalline Materials, Nanoporous Materials, Nanotechnology, NEMS, Dendrimers,
Nanocapsules, Nanoparticles, Nanotubes, Quantum Dots
Nanotechnology: Opportunities and Challenges ,Center for nanotechnology CNT
CORDIS pubblication ,EU nanotechnology organization
Pubblicazioni Nanotecnologia e nanoscienze
IEEE transactions on nanotechnology - IEEE.
Journal of nanoscience and nanotechnology -American Scientific Publ.
Nano letters - American Chemical Society
Nanotechnology - Institute of Physics
Pubblicazioni Nanomedecina e bionanotecnologia
IEE proceedings Nanobiotechnology - IEE.
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. Copyright © 2005 Elsevier U.S.A. All rights reserved
Pubblicazioni Nanomateriali nanoparticelle nanocristalli
Nanostructured Materials Copyright © 2005 Acta Metallurgica Inc.
Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications Copyright © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved
Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures Copyright © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved
Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures - Taylor & Francis.
Journal of nanoparticle research- Springer.

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