RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] WAFITECH

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RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] WAFITECH

  1. 1. WAFITECH - Laboratorio regionale per le nuove nano- e biotecnologie per la filtrazione dell’acqua: design e costruzione di membrane biomimetiche per applicazioni industriali, commercialied ambientali (codice 09) Coordinatore scientifico Prof. Giuseppe Calamita Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Biofarmaceutica Università degli Studi di Bari Aldo Moro - Bari Water Filtration Technology
  2. 2. Le unità di ricerca Unità di ricerca Responsabile UR1 - Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Biofarmaceutica Università degli Studi di Bari Aldo Moro - Bari Prof. Giuseppe Calamita UR2 - Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Bari Aldo Moro - Bari Prof. Gianluca Maria Farinola UR3 - National Nanotechnology Laboratory dell’Istituto Nanoscienze-CNR - Lecce Dott. Andrea Camposeo UR4 – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali Università del Salento – Lecce Responsabile Unico del Procedimento Dott.ssa Maria Teresa De Fazio (Uniba) Consulting da Agenzia Nextnow Dott.ssa Barbara De Ruggieri Prof. Ludovico Valli
  3. 3. Obiettivo della Rete Offrire una piattaforma tecnologica per la progettazione e realizzazione di membrane biomimetiche per applicazioni nelle tecnologie della filtrazione dell’acqua e fornire servizi di produzione, purificazione e funzionalizzazione di proteine ricombinanti, di fabbricazione e caratterizzazione di materiali polimerici, di film sottili anfililici e di nanofibre di interesse tecnologico Settori di impatto Ambiente: trattamento e riciclo di acque reflue Energie rinnovabili: energia ecosostenibile da osmosi inversa o diretta Approvvigionamento idrico: dissalazione dell’acqua a scopi potabili Biomedicale: produzione di acqua ultrapura, dialisi, drug delivery Biotecnologie: ingegnerizzazione e produzione di proteine ricombinanti Ricerca scientifica di base e traslazionale: caratterizzazione biofisica di proteine e di materiali polimerici, cosmesi dell’idratazione della pelle
  4. 4. Domanda di innovazione del sistema produttivo Le peculiarità della membrana WAFITECH (massima selettività e permeabilità all’acqua, elevata resistenza meccanica e scalabilità in termini di superficie filtrante) sono intese ad innovare tecnologie ad elevato impatto socio- economico ed ambientale come:  dissalazione dell’acqua a scopi potabili  trattamento e riciclo di acque reflue  produzione di acqua ultrapura per usi scientifici e biomedici  produzione di energia ecosostenibile mediante osmosi  biomimetica dei sensori  farmaceutica (drug delivery) Offerta tecnologica della Rete  Ingegnerizzazione e costruzione di membrane per dispositivi di filtrazione dell’acqua  Ingegnerizzazione e produzione di proteine ricombinanti  Costruzione e funzionalizzazione di membrane, liposomi e proteoliposomi artificiali  Analisi di permeabilità di membrane biologiche ed artificiali mediante stopped-flow light scattering  Studio dei fenomeni all’interfaccia aria-acqua per la crescita ed immobilizzazione di film sottili con tecniche di autoassemblaggio (self-assembly puro, tecniche Layer-by-Layer, Langmuir-Blodgett, Langmuir-Schaefer)  Caratterizzazione di materiali tramite tecniche spettroscopiche nell’intero intervallo UV-Vis-IR.  Applicazione dei film immobilizzati su supporti solidi di diversa natura  Analisi morfologica e strutturale di materiali mediante microscopia elettronica a scansione (SEM)  Design ed ingegnerizzazione di nanomateriali polimerici
  5. 5. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio UR1-UR4 1. Costruzione di membrane biomimetiche di filtrazione dell’acqua incorporanti acquaporine Risultati raggiunti: Realizzazione dei componenti base della membrana e prime operazioni di assemblaggio del materiale per costituire un prototipo della membrana Ricadute industriali  Innovazione nel campo della filtrazione dell’acqua mediante osmosi  Riduzione del 70% del consumo di energia e aumento della produttività rispetto alle comuni membrane poliammidiche usate negli impianti di osmosi inversa  Riduzione della complessità del processo produttivo con conseguente riduzione dei costi di produzione  Realizzazione di prototipi della membrana biomimetica con successivo inserimento nel ciclo produttivo  Sviluppo conseguente di prodotti ad elevato contenuto biotecnologico Altri risultati  Costituzione di una piattaforma tecnologica  Formazione di personale con elevate competenze nella realizzazione e utilizzazione di biomateriali  Implementazione del know-how già esistente  Pubblicazioni scientifiche  Partecipazione a workshop e congressi nazionali ed internazionali nell’ambito delle tecnologie della filtrazione dell’acqua
  6. 6. Membrane di encapsulazione protettiva Membrana anfifilica polimerica incorporante acquaporine Blocco di nanofibre polimeriche Canale per l’acqua (AqpZ) Nanofibre polimeriche H20 H20 H20 H20soluti soluti Rappresentazione della membrana biomimetica WAFITECH Canale per l’acqua Acquaporina-Z
  7. 7. Dispositivi di filtrazione dell’acqua che possono far uso della membrana WAFITECH Schema di un dispositivo di osmosi inversa nel quale poter inserire la membrana biomimetica WAFITECH Membrana di filtrazione Filtro per osmosi inversa di tipo industriale incorporante una membrana di tipo poliammidico Dispositivo di osmosi inversa realizzato e messo in commercio dalla Compagnia Aquaporin S/A (DK), partner nel progetto WAFITECH Membrana biomimetica incorporante AQP Schema di dispositivo per produzione di energia ecosostenibile da gradienti salini incorporante membrane biomimetiche (da Bimetech)
  8. 8. Frantumatore di cellule Biostation Studio/monitoraggio cellulare statico e dinamico protratto nel tempo Apparato di stopped-flow light scattering misura analitica di conduttanza molecolare di membrane Cromatografo per affinità Purificazione di proteine ricombinanti Centrifuga preparativa da pavimento Ultracentriguga analitica Fermentatore Colture batteriche e di lievito Attività/progetto/servizio UR1-UR4 1. Costruzione di membrane biomimetiche di filtrazione dell’acqua incorporanti acquaporine Attrezzature WAFITECH UR1
  9. 9. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio UR1-UR4 1. Costruzione di membrane biomimetiche di filtrazione dell’acqua incorporanti acquaporine Risultati raggiunti: Ricadute industriali  riduzione del 70% del consumo di energia e aumento (5X) della produttività rispetto alle comuni membrane poliammidiche usate negli impianti di osmosi inversa  riduzione della complessità del processo produttivo con conseguente riduzione dei costi di produzione  polimerosomi con potenziali applicazioni nel rilascio di farmaci e nella fotocatalisi (mediante proteine fotosintetiche)  realizzazione di prototipi con successivo inserimento nel ciclo produttivo Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto Sereco s.r.l. (Italia) Collaborazione tecnico- scientifica Mensile Aquaporin S/A (DK) Collaborazione tecnico-scientifica Costruzione prototipi di membrane biomimetiche Trimestrale Codif International (F) Collaborazione tecnico-scientifica nel campo delle biotecnologie basate su acquaporine Trimestrale BioAesis (Italia) Collaborazione tecnico-scientifica nella realizzazione di kit diagnostici facenti uso di acquaporine Trimestrale
  10. 10. Attività/progetto/servizio UR1 2. Produzione su media e larga scala di proteine ricombinanti di membrana con l’ausilio di metodologie di tipo cell-free di nuova generazione Risultati raggiunti: produzione e funzionalizzazione di un’acquagliceroporina, AQP3 Ricadute industriali  Possibilità di produrre proteine di membrana ricombinanti con metodologia di tipo cell-free su scala industriale  Riduzione della complessità del processo produttivo con conseguente riduzione dei costi di produzione  Realizzazione di prototipi della membrana biomimetica con successivo inserimento nel ciclo produttivo  Sviluppo conseguente di prodotti ad elevato contenuto biotecnologico Altri risultati  Offerta di servizi di produzione di proteine ricombinanti  Formazione di personale con elevate competenze nella ingegnerizzazione e produzione di proteine ricombinanti  Implementazione del know-how già esistente  Pubblicazioni scientifiche  Partecipazione a workshop e congressi nazionali ed internazionali
  11. 11. Progetto 2. Produzione su media e larga scala di proteine ricombinanti di membrana con l’ausilio di metodologie di tipo cell-free di nuova generazione Step 1 Step 2 Cloning of the gene or ORF encoding the protein of interest Cell-based systems Prokaryotic (i.e., E. coli) Eukaryotic (i.e., S. cerevisiae, P. pastoris) Cell-free system Cell lysisCell lysis Extraction of the produced protein Purification of the protein Purification of the protein Analysis of the functional activity of the protein Biotechnological application Choice of the protein expression system Step 3 Step 4
  12. 12. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio UR2 3. Sintesi e caratterizzazione di polimeri anfifilici per generazione di strutture liposomiali, vescicolari e film sottili a strutture controllata Risultati raggiunti: Sintesi di polimeri anfifilici con caratteristiche modulabili in grado di generare polimerosomi nei quali incorporare proteine di membrana Ricadute industriali  Polimeri in grado di formare polimerosomi ingegnerizzati (con potenziali applicazioni anche nel rilascio di farmaci) Altri risultati  Nei polimerosomi sono state inserite anche proteine di membrana fotosintetiche, di interesse in fotocatalisi Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto Synchimia s.r.l. Collaborazione tecnico-scientifica Mensile Biochemtex (USA) Formazione personale presso WAFITECH Mensile
  13. 13. Progetto 3. Sintesi e caratterizzazione di polimeri anfifilici per generazione di strutture liposomiali, vescicolari e film sottili a strutture controllata Sintesi di copolimeri a blocco nella costruzione di polimerosomi polimerosoma UR2
  14. 14. Spettrometro di massa MALDI- TOF per la caratterizzazione dei polimeri HPLC per la misura dei pesi molecolari dei polimeri Glove box per l’esecuzione delle reazioni Progetto 3. Sintesi e caratterizzazione di polimeri anfifilici per generazione di strutture liposomiali, vescicolari e film sottili a strutture controllata Glove box per l’esecuzione delle reazioni Micoroscopio AFM per la caratterizzazione di polimerosomi e membrane Attrezzature WAFITECH UR2
  15. 15. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio UR3 4. Costruzione di blocchi di nanofibre polimeriche Risultati raggiunti: ingegnerizzazione e produzione di blocchi di nanofibre polimeriche Ricadute industriali Lo sviluppo di nanofibre polimeriche mediante elettrospinning potrebbe avere ricadute industriali in settori come quelli della filtrazione di liquidi e gas, in virtù della possibilità di produrre quantitativi macroscopici di nanofibre, a ciclo continuo e a costi contenuti Altri risultati Pubblicazioni, Processi, Prodotti (creazione/miglioramento)/Materiali, Caratterizzazione di prodotto/materiali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto Biotechgen Collaborazione per nuovi progetti di ricerca Trimestrale Codex Collaborazione per futura fornitura di acqua ad elevato grado di purezza Trimestrale
  16. 16. Progetto4.Costruzionediblocchidi nanofibrepolimeriche Prototipi: Immagini macroscopiche di sistemi di nanofibre polimeriche di polimetilmetacrilato. Processi: esempio di nanofibre polimeriche di polistirenecon diametro medio di 80 nm Caratterizzazione: Immagini al microscopio elettronico ed analisi della distribuzione dei diametri di nanofibre di polimetilmetacrilato. UR3
  17. 17. SISTEMA DI MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE, Nona NANO 540, con sistema EDS per microanalisi. Progetto4.Costruzionediblocchidi nanofibrepolimeriche Attrezzature WAFITECH UR4
  18. 18. Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio UR4 5. Definizione di nuovi approcci tecnologici per la produzione su media e larga scala di film ultrasottili a base di biomateriali per applicazioni biotecnologiche Ricadute industriali  Sviluppo di sistemi ibridi di immobilizzazione  Sviluppo conseguente e successivo di prodotti ad elevato contenuto biotecnologico  Realizzazione di prototipi  Successivo inserimento nel ciclo produttivo Altri risultati  Formazione di personale con elevate competenze nell’utilizzazione di biomateriali  Approfondimento del know-how già esistente  Offerta delle proprie competenze sia nel settore industriale che in quello della ricerca  Pubblicazioni scientifiche  Partecipazione a meeting e congressi nazionali ed internazionali Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto Costruzioni solari Impresa interessata ai risultati delle ricerche della Rete WAFITECH Semestrale Lachifarma Impresa interessata ai risultati delle ricerche della Rete WAFITECH Semestrale
  19. 19. 5. Definizione di nuovi approcci tecnologici per la produzione su media e larga scala di film ultrasottili a base di biomateriali per applicazioni biotecnologiche UR4
  20. 20. Attività/progetto/servizio 5. Definizione di nuovi approcci tecnologici per la produzione su media e larga scala di film ultrasottili a base di biomateriali per applicazioni biotecnologiche Tipica isoterma di Langmuir Sistema di operazione Ref Spec (Spettroscopia in Riflessione) Apparato per la Spettroscopia in Riflessione, analisi Bam e vasca di Langmuir Principio della Microscopia all’angolo di Brewster Nordtest PMI-IRRAS 550 Attrezzature WAFITECH UR4
  21. 21. Attività promozionali svolte  Adesione al Progetto Living Labs della Regione Puglia (PO: FESR 2007-2013 Asse I linea di intervento 1.4 Azione 1.4.2)  Adesione al REgional New Energy & EnvironmentAL Links (RENEWAL), progetto di partenariato nel campo delle energie rinnovabili e della protezione ambientale  Adesione ad Alleanze per l’innovazione dell’ILO2 Fase 2 con le seguenti entità capofila: Uniba, CNR-IBBE, CNR- Nano  Partecipazione a Salone SMAU Bari (Febbraio 2013)  Partecipazione al Festival dell’Innovazione 2013 (progetto ARTI “Creare impresa e diffondere tecnologia a partire dalla ricerca”, ILO2-Fase 2”)  Incontro presso Confindustria Bari in ambito ILO2  Comitato Tecnico-Scientifico Innomat Meetings, business convention su materiali innovativi col supporto dell’ARTI Puglia e del Servizio di Internazionalizzazione della Regione Puglia  Convenzioni di Tirocinio di Formazione ed Orientamento con CNR-IBBE, IRCCS “De Bellis” di Castellana Grotte e Sereco srl  Partecipazione al Progetto CardioHOPE (Horizon 2020)  Partecipazione al Simposio “Bioscienze e Biotecnologie”, CUIA (Buenos Aires 2013, Argentina)  Seminari scientifici in Italia e all’estero  Pubblicazione di lavori scientifici e Capitolo di libro  Partecipazione ai Congressi di Chimica-Fisica  Contatti di collaborazioni con altri gruppi di ricerca (Prof. M.T. Martin-Romero, Univ. Cordoba, Spagna; Prof.ssa L. Valkova, Univ. Ivanovo, Russia; CNR-IPCF, Bari)  Creazione di sito web WAFITECH  Inserimento del link nel sito del Laboratorio di Chimica Fisica dell’Università del Salento  Partecipazione alla carta dei servizi nel sito web www.nanojets.eu Sito web della Rete: http://www.wafitech.it
  22. 22. Attività programmate Produzione di proteina AQP3 ricombinante su commissione della Company Aquaporin S/A Partecipazione a bandi europei nel contesto di Horizon 2020 Integrazione delle tecniche utilizzate per l’immobilizzazione dei biomateriali con nuove tecniche di deposizione Progettazione di modifiche ed up-grade strumentali ed utilizzazione degli strumenti per nuove modalità di caratterizzazione spettroscopica (e sviluppo di contatti con le case produttrici degli strumenti per il possibile inserimento nella produzione delle modifiche proposte) Coinvolgimento di gruppi di chiara fama nella ricerca oggetto della Rete WAFITECH Partecipazione al bando Cluster Tecnologici Regionali - Aiuti ai servizi (Asse I - Linea di Intervento 1.1.2), Regione Puglia
  23. 23. Contatti -UR1 (Nodo Capofila): Prof. Giuseppe Calamita, Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Biofarmaceutica – Università degli Studi di Bari Aldo Moro, via Orabona 4, 70125 Bari – tel. 0805442928; Fax 0805443388 giuseppe.calamita@uniba.it -UR2: Prof. Gianluca Maria Farinola, Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Bari Aldo Moro - gianlucamaria.farinola@uniba.it -UR3: Dott. Andrea Camposeo, NNL Istituto Nanoscienze-CNR, Lecce andrea.camposeo@nano.cnr.it -UR4: Prof. Ludovico Valli, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali, Università del Salento, 73100 Lecce, ludovico.valli@unisalento.it

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