Descrizione del modulo "Sensori e sistemi sensoristici ad elevate prestazioni per il monitoraggio della qualità dell'aria e ambientale (TA.P07.022.001)"

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  • Descrizione del modulo "Sensori e sistemi sensoristici ad elevate prestazioni per il monitoraggio della qualità dell'aria e ambientale (TA.P07.022.001)" (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)
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, t.d., 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, ecc.) (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, proposte progettuali ESA in valutazione in collaborazione con INAF). 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) 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)
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