L’approccio bottom-up si basa sull’autoassemblaggio molecolare, che coinvolge interazioni fisiche e chimiche su scala nanometrica per combinare componenti base in strutture macroscopiche. Questo metodo è utilizzato per creare nanostrutture combinando oggetti su scala sub o nanometrica, come atomi o molecole, per generare funzioni nuove o diverse.
Questo approccio consente una progettazione più controllata dei sistemi e rappresenta una naturale evoluzione della chimica supramolecolare, che si concentra sui legami intermolecolari e sulle funzioni delle entità formate da più specie chimiche.
L’approccio bottom-up, insieme a quello top-down, è una delle principali strategie per la produzione di nanomateriali, che sono strutture con proprietà diverse da quelle a livello molecolare o solido e con dimensioni comprese tipicamente tra 1 e 100 nm. Le nanostrutture sono fondamentali in settori come la nanomedicina, la microelettronica e altro ancora.
I precursori molecolari possono essere assemblati per controllare proprietà come morfologia, aggregazione, superficie e cristallinità delle nanostrutture. Le sintesi chimiche umide sono un comune metodo bottom-up per produrre nanoparticelle e materiali mesoporosi, consentendo un controllo preciso sulle dimensioni e forme.
I MOFs (Metal-Organic Frameworks), progettati da Omar Mwannes Yaghi dell’Università della California, hanno diverse applicazioni e vengono prodotti tramite approccio sintetico bottom-up. Questi materiali ordinati si formano tramite autoassemblaggio di blocchi molecolari appropriati in solventi come metanolo o dimetilformammide.
Due metodi principali utilizzati nell’approccio bottom-up sono la sintesi in fase gassosa e quella in fase liquida, che comprendono tecniche come la deposizione chimica da vapore, la sintesi idrotermale e il processo sol-gel.
La deposizione chimica da vapore (CVD) è utilizzata per produrre rivestimenti su substrati mediante reazioni chimiche su una superficie riscaldata. La sintesi idrotermale avviene a elevate temperature e pressioni in un’autoclave, mentre il processo sol-gel impiega la solubilizzazione di alcossidi metallici in acqua o alcol per la formazione di gel.
In conclusione, l’approccio bottom-up rappresenta una strategia dettagliata e controllata per la costruzione di nanostrutture con un’ampia gamma di applicazioni.