Descrizione della commessa "Sensori e sistemi sensoristici ad elevate prestazioni per il monitoraggio della qualità dell'aria e ambientale (TA.P07.022)"

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  • Descrizione della commessa "Sensori e sistemi sensoristici ad elevate prestazioni per il monitoraggio della qualità dell'aria e ambientale (TA.P07.022)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Sviluppo di sensori nanostrutturati e sistemi sensoristici prototipali e e pre-industriali per la tutela dell'ambiente e della salute umana (literal)
Strumentazione
  • Per lo svolgimento delle attività saranno utilizzate strumentazioni appartenenti al gruppo di lavoro, all'istituto e ai partners esterni. Strumentazione di gruppo: forno per ossidazioni, incubatori, sistemi da vuoto per caratterizzazione elettrica, spinner, RIE, sistemi di fotolitografia per la definizione geometrica, sistemi per deposizione sotto vuoto, mask aligner, vari sistemi di mass flo-controller, network analyzer, analizzatore di rumore, CV-analyzer, analizzatore di impedenza, misuratore di frequenza per la caratterizzazione elettrica dei trasduttori e sensori, programma software per studi di simulazione, viscosimetri per il monitoraggio di soluzioni elettrodepositate, potenziostati e pompe peristaltiche. All'interno del gruppo sono inoltre disponibili sistemi sensoristici semplici e complessi (di tipo nasi elettronici o sistemi ibridi multiparametrici) sviluppati nell'ambito di progetti recenti e utilizzabili, dietro opportune modifiche, come sistemi innovativi e alternativi di monitoraggio in associazione alla strumentazione analitica classica presente in Istituto. (literal)
Tematiche di ricerca
  • I sensori bio-ispirati prendono a modello la Natura, con le sue innumerevoli strategie di sopravvivenza \"evoluzionistica\". Ricerca: sviluppo di materiali e tecniche per la realizzazione di sensori basati su nanofibre polimeriche \"bioinspired\" (elettrospinning), nanofibre inorganiche di ossidi metallici (TiO2, SnO2, ZnO), materiali nanostrutturati funzionalizzati e autoassemblanti, nanocompositi. Realizzazione di trasduttori: microbilance di quarzo a singolo e a multi-canale e sistemi integrati con microriscaldatore, trasduttori elettrochimici e conduttometrici. Progettazione e realizzazione di sistemi sensoristici: interfaccia elettronica per sensori, software di gestione ed elaborazione dati, simulazione di sensori e camere di misura per sistemi olfattivi artificiali, micro-biochips e biosensori dedicati. Caratterizzazione elettrica e morfologica di sensori: calibrazione di sensori per gas, sostanze volatili e semi-volatili. Applicazioni: suoli e bio-risanamento, monitoraggio indoor e outdoor, particolato, microrganismi ambientali, gas e VOCs e semiVOCs, alimenti. (literal)
Competenze
  • Le competenze dei partecipanti alla commessa, essendo in gran parte eterogenee, ricoprono una vasta gamma di conoscenze e risultano essere fortemente sinergiche per l'adempimento della ricerca proposta. a)Antonella Macagnano, biologa, ricercatore CNR: progettazione, crescita, caratterizzazione e studio di molecole chimiche e biochimiche allo stato solido per sensori nanostrutturati \"bio-inspired\" b)Andrea Bearzotti, fisico, ricercatore CNR: studio di materiali e tecnologie innovative per applicazioni ambientali c)Emiliano Zampetti, ingegnere elettronico, ricercatore t.d. CNR: progettazione controllo elettronico, ciruiti interfaccia sensori, FPGA, microcontrollori d)Alessandro Capocecera, collaboratore tecnico, programmazione software in Scilab e Labview, misure in laboratorio e in campo e)Roberto Pilloton, primo ricercatore CNR, chimico analitico, sviluppo di biosensori e microarray biosensoristici con tecniche avanzate di immobilizzazione di biomolecole f)Fabrizio De Cesare, ricercatore associato (Università della Tuscia, Viterbo), biologo, studio multiparametrico dell'ecosistema suolo-piante-atmosfera (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Sviluppo di - materiali e sensori ad alte prestazioni (basso consumo energetico, lunga durata, elevata sensibilità); - di sistemi per il monitoraggio di inquinanti in atmosfera, nel suolo e in liquido (gas, VOCs, metalli pesanti, pesticidi, erbicidi, fenoli, ecc.) - materiali intelligenti per campionamento mercurio (literal)
Tecnologie
  • 1)implementazione di un dispositivo hand-made e a basso costo per la creazione e deposizione di nanofibre di origine polimerica (elettrospinning) nell'ambito della COST Action Europea MP1206 (2013-2018). 2)progettazione e lo sviluppo di dispositivi prototipali per sensori singoli (progetto POR-FILAS TEMIBILE- 2013-2015) ed array di sensori sia di matrice bio-ispirata per gas e sostanze volatili per il monitoraggio della qualità ambientale e dei cibi (Collaborazione con Agricultural Institute of Slovenia e Università di Firenze 2012-2014). 3) realizzazione di microbilance di quarzo e GaPO4 multielettrodo con sistema di microriscaldatore integrato per prestazioni ad elevata temperatura (PRIN TECHNO-INAF 2012-2014, progetto ESA in collaborazione con INAF e proposta progettuale per ASI - VISTA+). 4) Studio e applicazione di chemosensori nanostrutturati ad elevata sensibilità per monitoraggio del suolo (collaborazione Università di Viterbo 2014-2016), di mercurio e sue speciazioni nei diversi comparti ambientali (collaborazione in progetto GMOS). 5)Studio e sviluppo di array di biosensori elettrochimici per misure in campioni in fase liquida (convenzione con Università di Salerno) (literal)
Obiettivi
  • Ricerca e sviluppo di materiali innovativi per sensori con prestazioni avanzate sia per applicazioni ambientali outdoor ed indoor, sia per applicazioni in ambito spaziale Ricerca e sviluppo di nuove tecnologie a basso costo per la fabbricazione di materiali da utilizzare nella sensoristica e biosensoristica Ricerca e sviluppo di dispositivi microelettronici, quali trasduttori conduttometrici, ad onda acustica, elettrochimici ed ottici, per la realizzazione di sensori (literal)
Stato dell'arte
  • Nel campo della sensoristica attuale la ricerca sembra orientata verso lo sviluppo di materiali nanostrutturati, o comunque controllabili in scala micro-nanometrica ma caratterizzati da bassi costi, bassi consumi e miniaturizzazione dei sistemi. Inoltre la crescente e motivata richiesta di razionalizzare ed affinare le tecniche di analisi chimica e biologica richiede approcci multidisciplinari che comportano l'impiego di nuove tecnologie e sistemi affidabili in grado di fornire informazioni complementari alle tecniche tradizionali. La possibilità di disporre di metodologie innovative per l'analisi chimica e biologica con dispositivi portatili, rapidi, con adeguata selettività e sensibilità, riveste, ad esempio, grande importanza in vari settori applicativi per il monitoraggio di agenti contaminanti. I sensori nanostrutturati offrono enormi potenzialità nella sensibilità e versatilità dei dispositivi. I biosensori utilizzano le proprietà funzionali delle molecole biologiche (affinità, specificità, stabilità, diversità, conduzione elettrica, catalisi ecc., in generale \"smart properties\") accoppiate con quelle offerte dalle nanotecnologie. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le tecniche di indagine si avvaleranno di microscopi ottici e a forza atomica (AFM, Nanosurf) per la caratterizzazione di superfici sensoriali Per la caratterizzazione elettrica dei trasduttori e sensori, sono in uso programmi software di interfaccia PC-strumenti (Labview) per la visualizzazione ed elaborazione dei segnali (network analyzer, analizzatore di rumore, CV-analyzer, misuratore di frequenza, oscilloscopio, misuratore di impedenza), per studi di simulazione e progettazione (CAD) di dispositivi e alloggiamenti di sensori in varie configurazioni. (literal)
Descrizione di

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