Biorilevamento: una piattaforma di rilevamento delle droghe basata sulla carta
L’elettronica fuori uso è una fonte di rifiuti in rapida crescita e circa la metà dei rifiuti in plastica provenienti da apparecchiature elettroniche ed elettriche nell’UE non viene riciclata correttamente o affatto. L’elettronica basata su carta è un’area di ricerca attiva, e i primi prodotti di questo tipo stanno emergendo sul mercato. Tuttavia, le proprietà superficiali della carta convenzionale non sono adatte all’elettronica stampatae, in genere, questo materiale deve essere rivestito in plastica, che riduce al minimo i benefici ottenuti. La cellulosa, uno dei principali componenti strutturali delle pareti cellulari delle piante verdi, nonché uno dei polimeri più diffusi in natura, potrebbe essere la chiave per l’elettronica basata su carta. Il progetto GREENSENSE, finanziato dall’UE, ha sviluppato pellicole, rivestimenti e inchiostri a base di nanocellulosa e processi di produzione semi-automatici che hanno portato a nuove piattaforme di biorilevamento a base di cellulosa per l’analisi delle droghe d’abuso (DOA, drugs of abuse). Il consorzio GREENSENSE, composto da 17 membri e con partecipanti provenienti da sei Paesi dell’UE, Israele, Giordania e Regno Unito, ha unito esperti in scienza dei materiali, fisica, biochimica ed elettronica. Inoltre, ha aiutato il team a concentrarsi non solo sui materiali e sui processi per produrre elettronica a base di nanocellulosa, ma anche sul rispetto delle norme internazionali per l’elettronica stampata e sulla capacità di ampliare su scala tutti i processi per una futura produzione commerciale.
Pellicole a base di nanocellulosa, cartoni rivestiti, inchiostri e componenti elettronici
Il consorzio ha prodotto diversi tipi di nanofibre di cellulosa funzionalizzata e di nanocristalli di cellulosa, e ha sviluppato le potenzialità per fabbricarne diverse tonnellate all’anno. A partire da questi materiali sono stati prodotti, con metodi su larga scala, film di nanocellulosa indipendenti e cartoni rivestiti di nanocellulosa, di cui sono state descritte le proprietà. Il team ha realizzato anche numerosi inchiostri a base di nanocellulosa (conduttivi, elettrochimici ed elettrolitici per display elettrocromici e applicazioni di stoccaggio dell’energia) fino a 50 kg/lotto. Gli inchiostri sono stati descritti secondo le norme internazionali per l’elettronica stampata (IEC 62899). «Abbiamo sfruttato i nostri materiali a base di nanocellulosa e le nostre tecniche di produzione per la progettazione e la fabbricazione di componenti elettronici stampati ad alte prestazioni: antenne con tecnologia near-field communication, supercondensatori, batterie primarie e display elettrocromici. Sono stati prodotti più di 1 500 pezzi», osserva la coordinatrice del progetto Sandra Martínez-Crespiera di Leitat.
Biosensori e piattaforme di rilevamento a base di nanocellulosa
Il lavoro sui materiali, sui componenti e sui processi a base di nanocellulosa ha permesso di sviluppare biosensori per rilevare le droghe d’abuso avvalendosi di un inchiostro redox-attivo (in grado di accettare o donare elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione, contribuendo al rilevamento elettrochimico) e di un idrogel. Le prestazioni analitiche dei biosensori sono state confermate da test rigorosi. «GREENSENSE ha sviluppato un microchip con interfacce per il biosensore a base di cellulosa, la gestione dell’alimentazione e un’etichetta di identificazione a radiofrequenza. Inoltre, queste tecnologie hanno permesso di raccogliere l’energia per caricare i sistemi di accumulo e i display collegati. I biosensori sono stati integrati in piattaforme di biorilevamento prodotte su larga scala (fino a 75 unità) con processi semi-automatici su substrati di circa 300 x 350 mm2 (8 piattaforme/foglio)», spiega Martínez. Le piattaforme sono state sottoposte a prove meccaniche, di adesione e di invecchiamento secondo le norme internazionali (IEC 62951) e per rendere più semplice il funzionamento è stata sviluppata un’applicazione per smartphone. Martínez riassume: «A differenza dei kit convenzionali in plastica per l’analisi qualitativa delle urine, la piattaforma portatile di biorilevamento GREENSENSE per le droghe d’abuso utilizza elettronica e inchiostri a base di nanocellulosa e memorizza dati numerici. Queste soluzioni ci permetteranno di monitorare meglio i comportamenti illeciti e potenzialmente pericolosi, sia a supporto delle forze dell’ordine che a livello domestico o scolastico, il tutto grazie a un pezzo di carta riciclabile.»
Parole chiave
GREENSENSE, nanocellulosa, cellulosa, elettronica stampata, biorilevamento, biosensori, droghe d’abuso, rifiuti da apparecchiature elettroniche ed elettriche, rilevamento elettrochimico