Nanodispositivi ibridi per la rilevazione degli ioni
La scarsità delle risorse idriche globali ha fatto crescere la domanda di tecnologie rapide e a basso costo per la rilevazione di contaminanti. Nella diagnostica clinica, tecnologie innovative e a basso costo per l’analisi degli elettroliti nei pronto soccorso sono necessarie per una rapida diagnosi di specifiche malattie. Per risolvere questi problemi, il progetto HYSENS (“Hybrid molecule-nanocrystal assemblies for photonic and electronic sensing applications”) ha trasformato molecole funzionali organiche e nanocristalli inorganici in nuovi materiali intelligenti per una rilevazione accurata di ioni nell’acqua e di matrici di siero artificiale. Il progetto ha avuto un enorme successo, risultando in 3 richieste di brevetto, 38 pubblicazioni sottoposte a revisione paritaria e 5 tesi di dottorato. Una rilevazione più precisa, rapida e conveniente di importanti ioni avrà un potente impatto su settori che vanno dalla diagnostica nel sito di cura o domiciliare ai laboratori e ad applicazioni ambientali. Sono stati creati leganti organici in modo che avessero gruppi ancora per legare i nanocristalli inorganici e gruppi funzionali per formare complessi selettivi con gli ioni. La formazione dei complessi (rilevazione degli ioni) ha prodotto una visualizzazione ottica o elettrica trasdotta dai nanocristalli inorganici. Sono state prodotte e caratterizzate quattro diverse classi di strutture ibride inorganiche-organiche. I partner sono riusciti a ottenere una rilevazione ottica in acqua e siero. La rilevazione luminescente ha mostrato un’alta affinità con gli ioni dei metalli pesanti come il piombo (Pb2+) e il rame (Cu2+) con limiti di rilevazione (LOD) al di sotto di 10 e 1 microgrammi/litro, rispettivamente. L’equipe ha inoltre rilevato il sodio (Na+) con un LOD nell’ordine dei milligrammi/litro. La rilevazione basata sui cambiamenti dell’intensità di diffusione delle nanoparticelle inorganiche ha mostrato un’alta sensibilità per mercurio (Hg2+) e Cu2+. L’equipe ha fabbricato un sensore ottico con un lettore ottico incorporato per la visualizzazione di fluorescenza e diffusione. Anche la rilevazione elettrica è stata un successo. La rilevazione elettrochimica del potassio (K+) nella gamma del millimolare è stata ottenuta con transistor elettrochimici organici a ione selettivo. Transistor a effetto di campo (FET) a nanofili di silicio sono stati usati per rilevare Na+ con un LOD di 100 microgrammi/litro. I FET a nanofili di silicio integrati in cellule di flusso microfluidiche sono stati capaci di rilevazioni multiple di Na+ e fluoruro (F-) sia in acqua che in siero. La ricerca su nanosistemi ibridi organici-inorganici si concentra attualmente negli Stati Uniti, a cui si aggiunge anche la presenza di una crescente concorrenza da parte dell’Asia. Il progetto HYSENS contribuirà a rafforzare la posizione di mercato dell’Europa e, a lungo termine, fornirà importanti benefici nei settori della salute e della sicurezza ambientale.
Parole chiave
Nanodispositivi ibridi, rilevazione degli ioni, gruppi di nanocristalli, fotonico, rilevazione elettronica
