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PROGRAMMA DI RICERCA 2007

italiano - english
Unità di Ricerca
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Parole Chiave
SENSORI CHIMICI, LUMINESCENZA, AMPLIFIAZIONE DEL SEGNALE, FILM SOTTILI, MATERIALI NANOSTRUTTURATI

Sistemi molecolari, polimeri coniugati e nanoparticelle per lo sviluppo di nuovi sensori chimici a trasduzione ottica

Università degli Studi di Bologna
Abstract
L’attività di ricerca descritta in questo progetto seguirà tutti i passaggi necessari per lo sviluppo di sensori chimici a trasduzione ottica e per una loro applicazione in matrici reali.
Un’attenzione particolare sarà rivolta alla progettazione, alla sintesi e quindi alla caratterizzazione di composti che possano fungere da materiali sensibili per i dispositivi veri e propri. In particolare ci si propone di sintetizzare chemosensori capaci di riconoscere selettivamente ioni metallici ed anioni in soluzione, nonchè porfirine e macrocicli correlati per il riconoscimento molecolare di analiti in soluzione ed in fase gassosa.Questa attività sintetica verrà svolta dalle diverse unità di ricerca in stretta collaborazione tra loro; per migliorare le caratteristiche del sistema, i sistemi così sviluppati verranno inseriti all’interno di nanoparticelle e di polimeri coniugati, sistemi per i quali è stato provato, anche dalle UdR partecipanti a questo progetto, un importante effetto di amplificazione del segnale. I composti preparati saranno quindi soggetti ad una accurata caratterizzazione fotofisica e successivamente verranno ottimizzate le tecniche per la loro deposizione e di immobilizzazione. I materiali così ottenuti verranno a loro volta caratterizzati, per vedere se le proprietà sia fotofisiche sia di riconoscimento proprie dei chemosensori molecolari, polimerici e nanostrutturati sono mantenute anche quando depositati su film o in matrici di PVC. A questo punto >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Luca Prodi Università degli Studi di BOLOGNA
Obiettivo del Programma di Ricerca
L’obiettivo finale che il progetto intende raggiungere è la sintesi e la caratterizzazione di nuovi sistemi molecolari, polimeri coniugati e nanoparticelle come materiale sensibile per la costruzione di nuovi dispositivi a trasduzione ottica in grado di fornire informazioni sulla concentrazione di analiti sia in fase gassosa che in soluzione. In particolare in questo progetto ci proponiamo di lavorare in una triplice direzione. La prima è quella di continuare nello sviluppo di nuovi chemosensori che, come si può osservare da quanto descritto nella sezione dedicata allo stato dell’arte, è il primo stadio per la costruzione di dispositivi efficienti ed affidabili. Riteniamo infatti che ci siano ancora molte possibilità per progredire in questa direzione che, di conseguenza, rimane un passaggio tuttora necessario. In particolare, nel contesto di questo progetto cercheremo di individuare chemosensori per ioni metallici (che hanno rappresentato la prima categoria di analiti per cui si è pensato di sviluppare chemosensori fluorescenti) e per anioni (per i quali, invece, la ricerca è in una fase certamente meno sviluppata) per applicazioni di tipo biomedico ed ambientale che, come accennato nella sezione dedicata allo stato dell’arte, stanno trainando il settore della sensoristica chimica. Lo sviluppo di chemosensori molecolari efficienti è quindi il primo obiettivo che questo progetto intende perseguire, e ha di per se una rilevante importanza scientifica, nonché la possibilità di >>>

Risultati parziali attesi
Come si può evincere dalle sezioni precedenti, i risultati attesi da questo progetto sono molteplici. In particolare, riprendendo lo schema presentato nella sezione 13, essi possono essere elencati nel seguente modo.
1) Sintesi e caratterizzazione di chemosensori molecolari per anioni e ioni metallici, con le seguenti ricadute in termini di accresciuta conoscenza e di potenzialità applicative:
a) da un punto di vista sintetico, i risultati attesi sono la realizzazione di nuovi chemosensori fluorescenti capaci di riconoscere selettivamente in soluzione acquosa alcuni substrati target (principalmente cationi metallici tossici, anioni inorganici ad elevato impatto ambientale e anioni di acidi carbossilici e fosforici di importanza biologica); il riconoscimento nel mezzo asquoso è la premessa necessaria per la determinazione dei livelli di un analita in matrice reale. I chemosensori realizzati per anioni saranno costituiti da recettori poliamminici e dai loro complessi metallici, in particolare di metalli di transizione, contenenti unità fotoattive capaci di determinare la concentrazione dell’anione attraverso una risposta raziometrica del sensore alla coordinazione del substrato; mentre i chemosensori per i cationi saranno ancora leganti polidentati per lo più a carattere macrociclico ma contenenti, oltre all’unità fluorescente, atomi donatori “soft” nella loro struttura.
b) La risposta di questi chemosensori in soluzione è generalmente pH dipendente. In >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Lo sviluppo di sensori chimici sta cambiando fortemente le potenzialità delle analisi chimiche. Le metodologie classiche richiedono generalmente la campionatura, il trasporto e talvolta il pretrattamento della matrice da analizzare, e spesso questo richiede strumentazioni costose utilizzabili solamente da personale altamente qualificato. I sensori chimici sono in genere dispositivi progettati per superare questi problemi, dal momento che sono tipicamente strumenti analitici di basso costo e di facile utilizzazione. In aggiunta, se progettati opportunamente, essi consentono di seguire le concentrazioni degli analiti in situ in tempo reale. [1-16] Queste caratteristiche spiegano come mai i sensori chimici trovino applicazioni in diversi campi, come il monitoraggio ambientale, il controllo di processo, l’analisi di cibi e bevande, la diagnostica medica ed ultimamente il monitoraggio di agenti chimici e biologici per la difesa da azioni militari o terroristiche. E’ evidente come questi campi di applicazioni siano di enorme importanza sia da un punto di vista sociale che economico. Questo è dimostrato dal fatto che il già fiorente mercato dei sensori chimici sta osservando dagli anni 80 una crescita senza sosta, e che anche le ultime stime ne prevedono ancora un rapido incremento. Per esempio uno studio recente (2005, Freedonia Group Inc., Chemical Sensors to 2009) prevede per i soli Stati Uniti una crescita annuale del 7,3% per raggiungere nel 2009 la ragguardevole cifra di 4,1 >>>