Una chimica e i suoi figli
Renana Gershoni-Poranne ha ottenuto quest'anno una Borsa di studio. La chimica intende utilizzare i fondi per la ricerca per creare composti organici precedentemente sconosciuti, al fine di rendere possibile un nuovo tipo di dispositivo elettronico.
L'ufficio di Renana Gershoni-Poranne è molto spazioso, molto ordinato e molto personale. Sulla parete accanto alla sua scrivania ci sono i disegni che i suoi due figli, di cinque e nove anni, hanno realizzato per lei. Uno dei disegni assomiglia a un'opera di Picasso, un secondo è probabilmente un'affascinante riproduzione dei Girasoli di van Gogh. E poi c'è un'impronta colorata del più piccolo di Gershoni. "Amo il mio ufficio", dice la farmacista 35enne, si siede dietro la sua grande scrivania ad angolo e subito dopo parla dei tanti biglietti d'auguri che ha ricevuto dai colleghi e che ha sistemato su uno scaffale dall'altra parte della stanza. Gershoni-Poranne parla così rapidamente che difficilmente si osa interromperla.
La specialista in chimica degli organi è uno dei sei ricercatori che quest'estate hanno ricevuto una Borsa di studio. La borsa di studio, dotata di mezzo milione di franchi, offre ai giovani ricercatori l'opportunità di affrontare progetti grandi e insoliti e di lavorare sugli argomenti che ritengono più importanti. Gershoni-Poranne ha anche grandi progetti: Vuole sviluppare composti organici finora sconosciuti che in futuro renderanno possibili dispositivi elettronici con proprietà migliorate e attualmente inimmaginabili.
Il meglio su 1063 Connessioni possibili
La maggior parte dei circuiti e dei dispositivi elettronici oggi si basa sul silicio. Ma con il semimetallo inorganico gli sviluppatori raggiungono rapidamente i limiti di efficienza dei dispositivi e di progettazione dei componenti. Al contrario, l'elettronica realizzata con polimeri organici elettricamente conduttivi ha un potenziale maggiore, in quanto può essere resa estremamente sottile, flessibile e trasparente.
"Sono concepibili dispositivi che svolgono compiti molto più sofisticati rispetto a quelli attuali", afferma Gershoni-Poranne. Per esempio, display su vetri di finestre che lasciano passare la luce grazie alla loro trasparenza. Oppure vetri che assorbono la luce durante il giorno per emetterla di nuovo di notte e illuminare una stanza come una lampada. Oppure pellicole fotovoltaiche di grande superficie che sarebbero molto più facili da trasportare su rotoli rispetto alle attuali celle solari al silicio. Inoltre, alcuni componenti organici sono biocompatibili e potrebbero essere sponsorizzati all'interno del corpo come biosensori. I componenti organici sono anche biodegradabili e quindi hanno un'impronta ambientale più favorevole.
I primi prodotti con elettronica organica, come i display flessibili, sono già disponibili. Ma: "Ci sono ancora molti possibili composti chimici che non conosciamo e le cui proprietà potrebbero essere estremamente utili", afferma Gershoni-Poranne. Se si considera solo un numero limitato di elementi organici - come il carbonio, l'ossigeno, l'azoto o il cloro - e il modo in cui potrebbero essere combinati in piccole molecole, in teoria è possibile ottenere un numero inimmaginabile di composti: si stima che il 1063 Connessioni, ovvero un uno con 63 zeri.
"Se si volessero produrre solo 10 milligrammi di ognuno di questi possibili composti, servirebbero più atomi di quanti ce ne siano nell'universo", afferma Gershoni-Poranne, illustrando questo numero enorme. E fa notare che questo corrisponde solo a una piccola parte del chimisfero, cioè l'insieme delle molecole che esistono o possono essere prodotte. Alcuni, se non la maggior parte, dei composti che vuole studiare e sviluppare non sono nemmeno inclusi in questa stima.
La sua ricerca non si svolge quindi nel laboratorio di chimica, ma al computer. Utilizza modelli matematici per analizzare e descrivere il comportamento dei cosiddetti composti aromatici. Le molecole di questa classe di sostanze hanno un componente a forma di anello con una particolare distribuzione sovrapposta degli elettroni dei singoli atomi. Esistono diversi tipi di strutture aromatiche cicliche. I composti che le contengono sono particolarmente stabili e possono condurre elettricità. Per questo motivo l'elettronica organica è costituita principalmente da molecole basate su composti aromatici.
Progettazione inversa
Si sa ancora poco su quali caratteristiche strutturali dei composti aromatici producono quali proprietà. ? proprio questo che Gershoni-Poranne vuole cambiare. Vuole sviluppare un sistema per la cosiddetta progettazione inversa di molecole aromatiche. La progettazione inversa significa che prima si decide quali proprietà si vogliono ottenere da una sostanza e poi si determina quale struttura chimica è necessaria per ottenerle. Gershoni-Poranne ha già acquisito le prime conoscenze negli ultimi anni, prima come ricercatore post-dottorato presso l'ETH e negli ultimi due anni come assistente in capo.
Si alza, gira intorno alla scrivania e si dirige verso la parete accanto alla porta dell'ufficio, dove sono appesi diversi poster con gli ultimi risultati scientifici, compresi quelli dei suoi studenti. La chimica li chiama affettuosamente i suoi "figli accademici".
Spiega ogni poster in modo breve e veloce e non dimentica di menzionare con chi ha lavorato a ciascun progetto. Insieme a un collega, ha recentemente sviluppato un modello con cui è possibile prevedere le proprietà di composti aromatici più grandi sulla base di blocchi costruttivi più piccoli. Insieme ai suoi colleghi ha anche recentemente scoperto un legame tra la struttura aromatica di un composto e la sua differenza di energia HOMO-LUMO. Questa proprietà ha a che fare con l'energia degli elettroni e determina, ad esempio, l'efficienza delle celle solari realizzate con un determinato materiale.
Gershoni-Poranne vuole ora proseguire questo lavoro. Il suo obiettivo è sviluppare un database dettagliato per i composti aromatici che colleghi la struttura delle molecole con le loro proprietà. In una seconda fase, vuole utilizzare questo database per addestrare algoritmi di deep learning, i cosiddetti modelli generativi. Questi sono destinati a generare composti chimici completamente nuovi, con proprietà specifiche e predefinite. "Ho pianificato questo progetto per circa un anno", spiega la chimica. Ora, grazie ai fondi per la ricerca della borsa di studio, ha potuto assumere una dottoranda e affrontare il progetto insieme a lei.
A volte regina della notte, a volte unicorno
? difficile immaginare che Gershoni-Poranne, che sembra così nel suo elemento nella sua ricerca, una volta abbia preso in considerazione una carriera completamente diversa, ovvero una carriera di cantante come soprano. "Ma solo per circa tre secondi", esclama ridendo. Durante il servizio militare, ha cantato nell'Orchestra delle Forze di Difesa Israeliane, l'Orchestra dell'IDF, dice, e si è esibita molto. Ed era brava: per esempio, in seguito ha cantato l'aria della Regina della Notte dal Flauto Magico di Mozart durante le cerimonie di laurea ad honorem. Ma la cittadina statunitense-israeliana si è subito resa conto che senza la scienza le sarebbe mancato qualcosa. "Tuttavia, il canto è ancora una parte importante della sua vita e continua a prendere regolarmente lezioni di canto e a esibirsi occasionalmente.
Gershoni-Poranne è anche coinvolta in "WiNS", una rete femminile con l'obiettivo di promuovere le donne nelle scienze naturali. WiNS organizza, ad esempio, seminari e tavole rotonde che affrontano gli stereotipi di genere o trasmettono i fattori di successo per le donne nelle carriere scientifiche. "Essere attiva qui è importante per me", dice Gershoni-Poranne, "perché sono convinta che sia ancora più difficile per le donne che per gli uomini fare carriera nella ricerca e che ci siano ancora troppe poche professoresse".
Anche per lei non è facile conciliare ricerca e vita familiare. "Quando ero un postdoc, una volta un collega mi ha detto che qui ero l'unicorno perché ero l'unica ad avere già dei figli". In Israele, invece, non è insolito mettere su famiglia mentre si lavora al dottorato. Gli scienziati di quel Paese conseguono il dottorato più tardi, perché tutti, uomini e donne, devono prestare prima due o tre anni di servizio militare.
Soprattutto all'inizio del suo periodo all'ETH, si sentiva insicura quando a volte usciva alle quattro del pomeriggio per andare a prendere i figli all'asilo. Lei e suo marito, anch'egli ricercatore all'ETH, fanno a turno. "Nei suoi giorni, posso lavorare fino alle dieci o alle undici di sera e nei fine settimana". Sembra una cosa estenuante. "Sì, lo è", conferma Gershoni-Poranne. Tuttavia, non vorrebbe che fosse altrimenti. E, sottolinea la ricercatrice, ritiene positivo poter dare ai suoi due figli l'esempio che la carriera scientifica non è solo per gli uomini, e che lei e suo marito siano un esempio per i loro figli di come sia possibile avere due carriere. Ascoltate il L'ETH Podcast con loro due.
Letteratura di riferimento
Finkelstein P, Gershoni-Poranne R. An Additivity Scheme for Aromaticity: The Heteroatom Case. ChemPhysChem (2019). doi: pagina esterna10.1002/cphc.201900128
Gershoni-Poranne R, Rahalkar A, Stanger A. Il potere predittivo dell'aromaticità: correlazione quantitativa tra aromaticità e potenziali di ionizzazione e lacune HOMO-LUMO in oligomeri di benzene, pirrolo, furano e tiofene. Physical Chemistry Chemical Physics (2018). doi: pagina esterna10.1039/C8CP02162G
Conferenza Branco Weiss 2019 "Che cos'è l'uomo?".
Nella seconda Branco Weiss Lecture, quattro borsisti - ldse Heemskerk, Marco Hutter, Tanya Latty e Anna-Sophia Wahl - discuteranno di argomenti che vanno dagli embrioni umani artificiali e dall'intelligenza artificiale alla sorprendente intelligenza collettiva degli insetti sociali. A seguire, gli scienziati si confronteranno con un dibattito moderato da Detlef Günther, Vicepresidente per la ricerca e le relazioni aziendali dell'ETH di Zurigo.
Lunedì 25 novembre 2019, 17:15-18:45; Aula F3, Edificio principale, ETH di Zurigo. pagina esternaUlteriori informazioni