RICERCA ITALIANA     

Impiego di processi autoorganizzativi per la generazione di nanocavità in film polimerici con potenziali applicazioni in campo biomedicale

Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Abstract

Cavità nanometriche o micrometriche disposte in modo ordinato sulla superficie di films polimerici possono trovare molte applicazioni in campo biomedicale per la realizzazione di dispositivi, per l’immagazzinamento ed il successivo rilascio di molecole attive, per creare siti di legame specifici con proteine o molecole biologiche, per indirizzare verso questi siti l’adesione di cellule per successive applicazioni di ingegneria tissutale.
All’interno di questa cornice, il progetto si propone di combinare le competenze recentemente acquisite da UNIMO nella realizzazione di superfici a porosità controllata mediante il metodo delle breath figures, con quelle ormai consolidate di UNITN sulla manipolazione di molecole di interesse biologico, al fine di realizzare dispositivi di potenziale interesse applicativo nel settore della bioingegneria.
In particolare, gli obiettivi che il progetto si pone sono: i) la messa a punto delle condizioni operative per generare cavità di dimensioni controllate e disposte in modo ordinato sulla superficie di diversi film polimerici (biodegradabili e non); ii) la modifica della composizione della superficie dei film polimerici, attuata sia sfruttando la spontanea migrazione di particolari gruppi funzionali o additivi alla superficie, durante la preparazione dei film porosi, sia utilizzando tecniche fisiche o chimiche; iii) la messa a punto di tecniche di nanofabbricazione per alloggiare in siti specifici molecole biologiche; iv) la >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Francesco Pilati Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo ambizioso e massimo del progetto è la realizzazione di dispositivi biomedicali mediante processi capaci di combinare la produzione di film polimerici a porosità superficiale controllata con tecniche di manipolazione in grado di disporre nelle suddette cavità sostanze biologicamente attive in modo preordinato. Il successo nella preparazione anche di solo uno di tali potenziali dispositivi aprirebbe ovviamente la strada allo sviluppo industriale di biotecnologie attualmente non disponibili.
Il perseguimento di tale obiettivo ultimo richiede il raggiungimento di obiettivi correlati, quali la messa a punto di metodologie in grado di generare film a porosità controllata, di modificare in modo controllato la composizione chimica della superficie dei film, di sviluppare tecniche di microfabbricazione per riempire le cavità con sequenze predefinite di sostanze attive (eventualmente diverse in uno stesso film, per generare film multifunzionali). Va evidenziato che, benché il progetto miri ad applicazioni nel settore biomedicale, il raggiungimento dell’insieme di questi obiettivi potrebbe consentire la produzione di dispositivi di grande interesse anche per altri settori industriali, come la fotonica, l’elettronica, lo sviluppo di nuovi sistemi catalitici più efficienti e selettivi, ecc..
Uno degli obiettivi che il progetto mira a raggiungere nel settore dei dispositivi biomedicali è ad esempio la funzionalizzazione delle cavità con molecole di adesione quali >>>

Risultati parziali attesi

Negli anni recenti, l’applicazione di un approccio interdisciplinare alla ricerca scientifica e tecnologica ha garantito la possibilità di raggiungere livelli di avanzamento tecnologico altrimenti inaccessibili nella progettazione e realizzazione di dispositivi anche molto complessi da utilizzare in settori d’avanguardia come quello dell’ingegneria tissutale. Le esigenze prestazionali di tali settori impongono lo sviluppo di dispositivi caratterizzati da un elevatissimo grado di controllo durante la fase preparativa, poiché non solo la loro composizione, ma anche le loro proprietà di superficie e la loro morfologia possono giocare un ruolo di fondamentale importanza sulle prestazioni finali del dispositivo. Combinate alle esigenze riguardanti la fabbricazione dei dispositivi funzionali, si trovano poi le esigenze tipiche della manipolazione di tali dispositivi, che impongono lo sviluppo e/o l’utilizzo di teniche molto avanzate di manipolazione di oggetti e bio-oggetti (cellule, proteine, biomolecole, ecc.) su scala micro- e nanometrica.
Gli sforzi scientifici ed i risultati che, su entrambi questi fronti, sono stati fatti e raggiunti nell’ultimo decennio sono dimostrati dalle numerose pubblicazioni disponibili in letteratura, ma d’altro canto la complessità della combinazione dei due aspetti, produttivo e di manipolazione, è altresì testimoniata dal numero assai ridotto di pubblicazioni al riguardo. In altre parole, l’applicazione di un metodo tecnologicamente >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Superfici polimeriche a porosità controllata, con cavità disposte secondo schemi ordinati, trovano numerose applicazioni in svariati settori scientifici e tecnologici. Gli approcci più utilizzati per la preparazione di tali superfici polimeriche a porosità controllata, includono diverse tecniche, come il plasma etching [1], la litografia soft [2-4], la fotolitografia [5] ed i metodi che sfruttano l’uso di templati [6-9], ma il limite maggiore di tutte queste tecniche di fabbricazione è rappresentato dall’elevato costo e dalla complessità delle apparecchiature richieste. Un approccio alternativo, più semplice e più economico, noto da anni ma solo recentemente applicato ai materiali polimerici [10-40], è quello che sfrutta la formazione delle cosiddette breath figures (BF), ottenute grazie alla condensazione di gocce d’acqua sulla superficie di soluzioni polimeriche diluite in seguito al raffreddamento della superficie che consegue l’evaporazione del solvente. Queste gocce si auto-assemblano sulla superficie polimerica secondo schemi geometrici ordinati, lasciando cavità disposte secondo un disegno regolare dopo la completa evaporazione sia del solvente che dell’acqua (Figg.1[27] -2 [24]).


Figura 1.



Figura 2.

Per queste superfici polimeriche porose ed organizzate sono già state descritte svariate applicazioni, in diversi settori, che spaziano dalle membrane [18] ai coatings antiriflettenti >>>