Descrizione del modulo "Sistemi funzionali a nanoparticelle magnetiche (PM.P05.012.002)"

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  • Descrizione del modulo "Sistemi funzionali a nanoparticelle magnetiche (PM.P05.012.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Indubbiamente il campo biomedico sta diventando sempre più importante dato l'invecchiamento della popolazione nelle società sviluppate e il sempre maggior accesso alle cure mediche nelle società in via di sviluppo. Le nanotecnologie, e particolarmente quelle basate su NPM, potranno fornire a breve prodotti biomedici incrementalmente migliorati o innovativi importanti sia per società sempre più vecchie (ingegneria tissutale, drug delivery, teranostica) sia per società che necessitano di prodotti biomedici preventivi, diagnostici e terapeutici di facile uso e basso costo (biosensoristica, drug delivery). (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le tematiche di ricerca del presente modulo consistono nella progettazione, sintesi ed indagine strumentale di nanosistemi magnetici - sia modello che funzionali - basati su nanoparticelle magnetiche (NPM), nonché nello sviluppo di metodologie innovative di caratterizzazione di tali sistemi. In breve le principali tematiche possono essere così categorizzate: 1) NPM omogenee: miglioramento della mono-dispersione e delle proprietà magnetiche; sviluppo di forme anisotrope. 2) NPM eterogenee: aumento della temperatura di transizione al superparamagnetismo. 3) Sistemi modello: NPM dotate di ultra-stabilità in solventi acquosi e non acquosi; studi di internalizzazione e targeting cellulare e di immunogenicità di NPM. 4) Sistemi funzionali: materiali compositi polimero conduttore/NPM; catalizzatore organico/NPM recuperabile; NPM funzionalizzate per studi di interazione con organismi al fine di sviluppare agenti di contrasto MRI. 5) Caratterizzazione: software per il riconoscimento e la misurazione automatica di NPM; metodologia per la determinazione della composizione di NPM con risoluzione ; metodologie per l'analisi chimica strutturale del coating organico delle NPM. (literal)
Competenze
  • Come necessario per la ricerca in ambito nanotecnologico, le competenze dei partecipanti a questo modulo coprono un ambito multidisciplinare: Chimica computazionale: modellazione molecolare; analisi di immagini sperimentali. Nanochimica: tecniche sintetiche solvotermiche per la preparazione di nanocristalli di ossidi e altri calcogenuri magnetici, anche eterostrutturati. Sintesi organica: tecniche di sintesi di surfattanti alchilici, PEG-ilati e zwitterionici eterofunzionali; tecniche di grafting ai nanocristalli. Spettroscopia: spettroscopie NMR, EPR, IR, UV-Vis, XPS; diffrazione a raggi X; magnetometria SQUID. Microscopia a trasmissione elettronica: TEM, ED, HRTEM, EELS, ESI, STEM, EDX Dynamic Light Scattering (DLS) Di particolare rilievo: Analisi oggettiva (fitting) di micrografie TEM con software originale Analisi oggettiva (simulazione) di diffrattogrammi elettronici Analisi oggettiva (fitting) di spettri NMR, EPR, XPS e di diffrattogrammi di polvere Quantificazione dei componenti inorganici e fluorescenti mediante spettrofotometria UV-Vis Analisi di spettri NMR e IR mediante banche dati spettrali on-line Analisi di dati magnetici (magnetizzazione, campo coercivo, e (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Dispositivi e supporti magnetici per immagazzinamento dati con elevata densità areale, non ottenibile con materiali convenzionali. Catalizzatori stereo selettivi recuperabili magneticamente. Compositi polimero/nanoparticelle elettricamente conduttivi e magenticamente attivi per shielding elettromagentico. Agenti di contrasto MRI per la diagnosi e il monitoring di lesioni ischemiche o infiammatorie del sistema nervoso centrale. (literal)
Tecnologie
  • Tecnologie di sintesi - ad alta temperatura e in atmosfera controllata - di nanoparticelle (Le NPM di nostro interesse sono principalmente costuite da calcogenuri di metalli di transizione, in particolare ossidi o solfuri di metalli della tarda prima transizione (Mn,Fe,Co,Ni,Cu), senza escludere nanoparticelle metalliche o di composizione più complessa, per esempio, eterostrutturate). Tecnologie di sintesi di surfattanti organici alchilici, PEG-ilati e zwitterionici eterofunzionali. Tecnologie di funzionalizzazione di nanoparticelle mediante reazioni sul surfattante già legato alle NPM o mediante scambio di surfattanti enthalpy- e/o entropy-driven. Tecnologie di analisi di dati di microscopia a trasmissione elettronica (immagini morfologiche, immagini ad alta risoluzione HRTEM, diffrazione elettronica). Calcoli di struttura elettronica SCF, DFT e multiconfigurazionali per nanosistemi. (literal)
Obiettivi
  • - NPM omogenee antiferromagnetiche con elevata mono-dispersione - NPM omogenee con elevata magnetizzazione di saturazione - NPM omogenee con forme anisotrope - NPM eterogenee (p. es. core-shell) FM-AFM con elevata temperatura di transizione al regime superparamegnetico - NPM ultra-stabili (libere da aggregazione/agglomerazione) in mezzi acquosi e non acquosi anche a temperaturi superiori alla temperatura ambiente - NPM libere da adsorbimento apecifico di proteine e conseguente cattura da parte del sistema monociti/macrofagi - Sistemi catalitici recuperabile compositi (catalizzatore organico stereoselettivo/NPM) - Compositi elettricamente conduttori e magneticamente attivi (polianilina/NPM) - NPM bio-funzionalizzate per studi di internalizzazione cellulare, (cito)tossicità e immunogenicità - Metodologie innovative di nanocaratterizzazione (literal)
Stato dell'arte
  • Le nanoparticelle magnetiche (NPM) sono la classe di NP più promettente dal punto di vista applicativo in vari campi, dal data storage alla catalisi e alle applicazioni biomediche. Molti problemi sono ancora da risolvere per arrivare a prodotti commerciali. Comuni ad ogni applicazione sono le problematiche di controllo morfologico e strutturale delle NPM (per uniformare le proprietà size-dependent) e di efficace funzionalizzazione. Nel campo del data storage il problema principale è di ottenere NPM di dimensioni ~10 nm, adatte a migliorare la densità areale dei dati, che siano sopra la soglia di stabilità termica anche a temperatura ambiente. Nel campo della catalisi, il sistema catalitico (catalizzatore-NPM) deve essere disperdibile e stabile nell'ambiente di reazione nonché recuperabile con perdita di attività trascurabile. Nel campo biomedico, il più promettente ma anche il più complesso, i problemi principali sono da un lato il targeting, cioè il modo di localizzare le NPM e di impedirna la cattura da parte del sistema monociti/macrofagi, e dall'altro la necessità di dimostrare la non-tossicità e non-immunogenicità delle NPM stesse (literal)
Tecniche di indagine
  • Tecniche microscopiche di analisi del core cristallino di NPM: morfologia (TEM, STEM) e struttura cristallina (HRTEM, diffrazione elettronica). Tecniche DLS per la determinazione dimensionale di NP. Tecniche di analisi chimica microscopica di NPM con risoluzione nanometrica: EELS, ESI, EDX. Tecniche di analisi strutturale del core cristallino di NPM: diffrazione a raggi X di polveri. Determinazione delle proprietà magnetiche statiche e a bassa frequenza (magnetometro SQUID) e ad altissima frequenza (spettrometro EPR). Tecniche di analisi del coating di NPM (NMR, IR, HPLC, TGA, UV-Vis). Analisi oggettiva (fitting) di micrografie TEM con software originale per la determinazione della morfologia e della distribuzione dei parametri morfologici (p. es. diametro) di NPM. Analisi oggettiva (fitting) di diffrattogrammi elettronici con software originale per la determinazione della fase cristallina. Analisi oggettiva (fitting) di spettri NMR, EPR, XPS e di diffrattogrammi a raggi X di polvere. Analisi di spettri NMR e IR mediante banche dati spettrali on-line. Analisi di dati magnetici (magnetizzazione, campo coercivo, ecc.). Ricerca bibliografica e brevettuale su banche dati on-line. (literal)
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