I nanosensori del Politecnico di Torino in mostra a stazione futuro

794 views

Published on

Tra gli oltre cento processi e prototipi scelti per rappresentare l’innovazione made in Italy,
Stazione Futuro - la mostra curata da Riccardo Luna, direttore di Wired Italia, aperta dal 17
marzo alle Officine Grandi Riparazioni di Torino - presenta con un video i nanosensori
realizzati dal ChiLab - Laboratorio Materiali e Microsistemi del Dipartimento di Scienza
dei Materiali del Politecnico di Torino.

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
794
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
24
Actions
Shares
0
Downloads
8
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

I nanosensori del Politecnico di Torino in mostra a stazione futuro

  1. 1. Cibo: analisi più affidabili, rapide ed economiche STAZIONE FUTURO: IN MOSTRA INANOSENSORI DEL POLITECNICO DI TORINOTra gli oltre cento processi e prototipi scelti per rappresentare l’innovazione made in Italy,Stazione Futuro - la mostra curata da Riccardo Luna, direttore di Wired Italia, aperta dal 17marzo alle Officine Grandi Riparazioni di Torino - presenta con un video i nanosensorirealizzati dal ChiLab - Laboratorio Materiali e Microsistemi del Dipartimento di Scienzadei Materiali del Politecnico di Torino. Maggiore sensibilità delle analisi ed affidabilità deirisultati, riduzione di costi, tempi ed impatto ambientale: i vantaggi dei lab-on-chip e deinanosensori biologici realizzati al Politecnico di Torino sono enormi se paragonati ai tradizionalimetodi di analisi di laboratorio.La micro e nanosensoristica avanzata è la nuova frontiera per garantire la sicurezza e laqualità alimentare: per evidenziare nei cibi tracce di sostanze nocive o che generanointolleranze, per la detection della proteina prionica PrP (che può causarel’encefalopatia spongiforme, conosciuta come “mucca pazza”) o di estrogeni nellecarni, o di batteri patogeni nelle produzioni industriali. Un settore con ampie ricaduteeconomiche - l’agro-alimentare è il settore produttivo più grande in Europa (12,9% -CIAA, Annual Report 2009 – www.ciaa.be) - e sociali, basti pensare alla qualità ed alla sicurezzanelle mense pubbliche.NANO-BIOSENSORI MECCANICI: CANTILEVERSIl gruppo di ricerca ChiLab del Politecnico di Torino, coordinato dal Prof. Fabrizio Pirri, èl’unico in Italia che studia, realizza e soprattutto “ingegnerizza” i nano-biosensorimeccanici. “La difficoltà – spiega Carlo Ricciardi, 35 anni, PhD al Politecnico - non è produrre isensori, ma assicurarsi che facciano una buona misurazione: che abbiano cioè la più altasensibilità (reagiscano anche in presenza di quantità minime di sostanza) e selettività possibile(reagiscano cioè solo ad una definita molecola)”.I nano-biosensori meccanici, detti anche CANTILEVERS (cioè travi fissate ad unaestremità) sfruttano la variazione di risonanza delle leve, cioè i cambiamenti delle loroproprietà meccaniche dovuti alla presenza/assenza di determinate molecole.L’innovazione di questo tipo di ricerca risiede proprio qui: si utilizza un metodo meccanico - enon chimico - per capire interazioni di tipo molecolare. Un metodo che permette analisipiù precise, su campioni più piccoli e anche per sostanze presenti in quantità minime. Ilsensore funziona come una bilancia: può essere statico (si muove per ‘reazione’ seintercetta la molecola a cui è sensibile, non per la modifica del peso) o dinamico. Il gruppo delPolitecnico di Torino lavora sul secondo tipo: la leva si muove comunque, ciò che varia è lafrequenza di risonanza che è inversamente proporzionale alla massa/peso, se intercetta qualcosadiventa quindi più lenta. La presenza di un batterio fa cambiare la frequenza dirisonanza: il sensore ‘comunica’ mediante un segnale laser, registrando la modificadella sua riflessione.IL MICRO LABORATORIO: LAB-ON-CHIPI nano-biosensori vengono integrati sui lab-on-chip (LOC) un dispositivo microfluidico(con micro canali e altri dispositivi miniaturizzati) che integra tutte le operazionitradizionalmente svolte da un laboratorio in uno spazio di pochi centimetri, ovvero da100 a 1000 volte più piccolo.
  2. 2. Un filone di ricerca che in Italia, oltre al Politecnico di Torino, è seguito dalla Scuola SuperioreSant’Anna di Pisa e dall’Università di Lecce; nel mondo in Germania, Gran Bretagna e USA.I lab-on-chip consentono un notevole risparmio in termini di costi: un sensorerealizzato con polimeri, se prodotto su scala industriale, costa meno di 1 centesimo dieuro – limitando l’uso di reagenti chimici – riduce l’impatto ambientale delle analisi.Inoltre, le analisi sono molto più veloci (anche di 10 volte) e soprattutto più sensibili,su campioni di ridotte quantità e con una ridotta probabilità di errore. Visto lo scarsoingombro è possibile realizzare kit portatili per l’analisi sul campo, con importantiapplicazioni ad esempio per la tracciabilità degli OGM, l’analisi delle acque e sugli animali daallevamento.LE APPLICAZIONINANOSENSORI PER LA DIAGNOSI DI “MUCCA PAZZA”Il gruppo di ricerca ChiLab-Latemar del Politecnico di Torino sta collaborando allo sviluppo diun tool diagnostico per rilevare la presenza del prione PrP (proteina che nella sua formapatogena causa lencefalopatia spongiforme: la BSE nei bovini, Scrapie negli ovini, morbo diCreutzfeldt-Jakob negli uomini) nel sangue degli animali vivi (dove la concentrazione èbassissima) e non dal tessuto del cervello, come avviene attualmente.La ricerca è svolta in collaborazione con l’Istituto Zooprofilattico del Nord-Ovest - Centrodi referenza nazionale per lo studio sulle encefalopatie animali - e IDEXX,multinazionale statunitense con diverse sedi europee (il Politecnico collabora con ilaboratori svizzeri di Berna) specializzata nella produzione di tool diagnostici (nelsecondo trimestre 2010 il fatturato IDEXX ha superato i 280 milioni di dollari).Il prione diventa patogeno (dando origine allencefalopatia) solo se degenera in una determinataforma: è quindi molto difficile da individuare. La collaborazione vuole integrare le competenze diIDEXX - che ha sviluppato un polimero in grado di riconoscere il prione – e l’elevata sensibilitàdei nanosensori sviluppati dal Politecnico.DETECTION DI ESTROGENI NEGLI ALLEVAMENTIGli allevatori sono sempre più abili nel mascherare l’uso di estrogeni, riuscendo ad ingannare leanalisi del sangue. Con gli attuali strumenti, l’unico modo poco costoso per verificare l’uso diqueste sostanze è verificare i danni collaterali che arrecano ad esempio al fegato degli animali.Ma si tratta di analisi fattibili solo in fase di macellazione.Le microbilance a cantilever rappresentano una delle tecniche più promettenti in fasedi sviluppo: la loro alta sensibilità permette infatti di segnalare concentrazioniestremamente basse di estrogeni nel sangue degli animali vivi.La Regione Piemonte, nell’ambito del Polo di Innovazione Biotecnologie e Biomedicale - BioPMed,ha recentemente approvato un progetto per la messa a punto di un kit per la detection diestrogeni usati per ‘dopare’ gli animali da allevamento. Il progetto - in collaborazione conl’Istituto Zooprofilattico del Nord-Ovest - si propone di trasferire la metodologia a basecantilever dalla realtà accademica (Politecnico di Torino) a quella industriale,coinvolgendo diversi attori del processo innovativo piemontese tra cui Biodiversity SpA, MicrolaSrl, Techfab Srl e Trustech Srl.INTOLLERANZE ED ALLERGIE ALIMENTARII controlli in collaborazione con gli Istituti ZooprofilatticiLA CERTIFICAZIONEI produttori sono obbligati a segnalare sull’etichetta se un alimento contiene un certoingrediente (ad es. il glutine) ma non sono tenuti a dichiarare se c’è stata unacontaminazione. Se l’etichetta riporta ”Senza fonti di glutine” non esiste quindi la garanzia cheil prodotto non sia stato contaminato: solo dal 2012 sarà attiva una norma europea in materia,ad oggi la certificazione sull’assenza di contaminazioni è affidata ad associazioni private.I CONTROLLI e LA DIAGNOSILe aziende produttrici devono poter dimostrare di non aver usato un certo ingrediente, ma nonsono perseguibili per la contaminazione. Le mense pubbliche (obbligate per legge a garantire unpasto idoneo a chi presenta intolleranze alimentari, ad es. nel caso di celiachia) possono inveceandare incontro a seri problemi se insorgono casi di intolleranze o allergie.
  3. 3. Gli Istituti Zooprofilattici – incaricati dei controlli – devono così far fronte a numerose richieste dianalisi di conferma da parte di aziende timorose di perdere forniture.Trattandosi di contaminazioni - ovvero sostanze presenti in percentuali bassissime –gli organi di controllo ufficiale (quali gli istituti zooprofilattici) dovrebbero ricorrere adanalisi estremamente sensibili, che solo laboratori esterni molto costosi sono in gradodi fornire. I forti limiti di spesa degli enti pubblici li costringono però ad usare tecniche di analisiinterne, poco avanzate e poco affidabili. Serve quindi una tecnica di screening moltoprecisa e poco costosa, come quella garantita dai cantilevers integrati su lab-on-chip.Il gruppo del Politecnico sta mettendo a punto un kit di diagnosi per rilevare lapresenza di queste sostanze. Grazie alla tecnologia sviluppata da Microla - spin-off delgruppo - è in grado di fornire tutta la filiera di analisi, non solo quindi i sensori, ma le macchinedi lettura complete. Il progetto, finanziato dal Ministero della Salute in collaborazionecon l’Istituto Zooprofilattico del Nord-Ovest (Piemonte-Liguria-Valle d’Aosta), riguarda ladetection di ingredienti allergenici nei cibi, soprattutto crostacei, latte, fragole, pesche enoccioline (gli allergeni sono piccole proteine o polipeptidi normalmente ben tolleratidall’organismo, ma che in alcuni individui danno origine a reazioni patologiche).CONTROLLI SULLE PRODUZIONI INDUSTRIALIMigliorare la qualità e la sicurezza della catena alimentare, convogliando competenzemultidisciplinari che vanno dalle nanotecnologie alla microbiologia, dall’ICT alla chimica analitica.Questo l’obiettivo del progetto NAMATECH, una delle prime applicazioni italiane di“Converging Technologies” nel settore agroalimentare, finanziato da un Bando dellaRegione Piemonte del 2007. Un progetto triennale, coordinato dal Politecnico di Torino incollaborazione con l’Università di Torino, l’Istituto Nazionale per la Ricerca Metrologica (INRIM),il Parco Scientifico e Tecnologico Tecnogranda, alcune aziende del Gruppo FERRERO e UnicompInformatica srl.Le aziende alimentari devono accertare nel ciclo di produzione l’assenza di batteri(microrganismi alteranti come lo stafilococco, o patogeni come la Salmonella) e contaminantidannosi quali, ad esempio, le micotossine (agenti tossici e cancerogeni). Essendo sufficiente unacontaminazione in percentuali minime (ppb cioè parti per miliardo) si usano tecniche moltosofisticate, costose e svolte da laboratori specializzati. Queste tecniche, oltre a richiedere grandiinvestimenti e personale qualificato, non sono implementabili in linea di produzione perchénecessitano di una complessa preparazione del campione, che tra l’altro può non esserecompletamente rappresentativo del prodotto alimentare.I nanosensori biologici e chimici (cantilevers) permettono invece una diagnosi tempestiva eprecisa su quantitativi minimi, anche su singole cellule: il progetto prevede di integrarli su Lab-On-Chip che – inseriti su piattaforme elettroniche collegate da un network wireless -permettono un’analisi in tempo reale sulla linea di produzione. Nell’ambito diNamatech, Ferrero sperimenterà quindi un sistema di controllo capillare dellasicurezza alimentare all’interno dell’azienda, attraverso metodi analitici più sensibili,rapidi ed economici.Il Laboratorio Materiali e Microsistemi del Politecnico di Torino conta circa 50 ricercatori concompetenze multidisciplinari, dalla fisica allingegneria, dalla chimica alla biologia, dalla ricerca di baseal trasferimento tecnologico. Coordinato dal Prof. Fabrizio Pirri, il gruppo di ricerca del ChiLabgestisce un budget annuo complessivo di circa due milioni di euro, grazie a progetti regionali,nazionali, europei e a numerose collaborazioni industriali. Dalla sua attività sono nati recentemente 3 spin-off: Microla Optoelectronics Srl nel campo della optoelettronica, Politronica InkJet Srl per lelettronicaflessibile e Nanosynthex Srl, impegnata nel campo della diagnostica molecolare.Chilab è un centro di riferimento per le micro e nanotecnologie ed è responsabile del coordinamento delLaboratorio di Eccellenza del MIUR LATEMAR, centro di riferimento per le applicazioni biologiche emolecolari delle micro e nanotecnologie. www.polito.it/micronanotech - www.latemar.polito.itReferente Comunicazione ChiLab - LatemarBarbara Magnani cell. 339 30 96245 - magnanibarbara@gmail.comPolitecnico di Torino - Tiziana Vitrano, Resp. Ufficio Relazioni con i Mediatel. 011 5646183 - relazioni.media@polito.it

×