Tecnologie

L’infrastruttura NanoMicroFab consente di supportare le aziende operanti nell’ambito della micro e nanoelettronica attraverso la fornitura di materiali, lo sviluppo di processi e dispositivi, la progettazione e la caratterizzazione di materiali e dispositivi.

Ai processi enzimatici di prima generazione, secondo il principio "singola reazione–singolo enzima", si preferiscono combinazioni di più enzimi in una catena produttiva, per la sintesi di composti ad alto valore aggiunto partendo da substrati semplici ed economici. Un requisito importante per ottenere il controllo nelle “reazioni enzimatiche a cascata” è la capacità di trasportare da un biocatalizzatore a quello successivo i vari intermedi, limitando al più possibile la diffusione di questi ultimi nel solvente.

La piattaforma permette l’utilizzo di una rete di sensori con nodi sparsi su campi coltivati o nell’ambiente per il monitoraggio di parametri della pianta e/o di fattori ambientali vari. L'architettura prevede dei nodi LoRa per la comunicazione a medio raggio interfacciati con un centro stella NB-IoT per la comunicazione a lungo raggio. La piattaforma include un server web e un database MySQL per la memorizzazione e la consultazione dei dati. L'architettura della rete è scalabile, consentendo di adattarsi alla dimensione del territorio da monitorare.

La piattaforma permette l’acquisizione di dati da sensori commerciali e/o realizzati ad hoc. Attualmente il sistema è integrato in un dispositivo indossabile da polso (bracciale) nel quale sono stati implementati dei sensori di deformazione basati su elastomeri conduttivi per la rilevazione dei movimenti di mano/braccio/polso. La piattaforma integra al suo interno sensori inerziali che permettono di acquisire informazioni sui movimenti del soggetto. Un algoritmo di sensor-fusion permette la rivelazione avanzata dei movimenti (gesture, orientamento 3D).

In ottica di bioeconomia, l’innovazione prevede lo sviluppo di una piattaforma green di conversione di materie prime di origine biologica, come la frazione organica dei rifiuti, in molecole bio-based di valore, non trascurando la produzione di biometano. La logica è quella dei processi “a cascata” con l’integrazione di un pretrattamento termico innovativo seguito da una separazione di fase e da processi di conversione biologica.

La leishmaniosi è una zoonosi causata dal protozoo del genere Leishmania che, attraverso un flebòtomo, colpisce sia gli esseri umani che gli animali. Dopo la malaria e la filariosi linfatica, la leishmaniosi è la terza malattia più incidente a scala globale. Leishmania infantum è la specie diffusa nel continente Europeo e nel bacino Mediterraneo. In Italia, dalle zone costiere collinari e isole maggiori l'infezione si è espansa in molte aree prealpine e del nord Italia.

La tecnologia proposta prevede la messa a punto di substrati SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) attivi concepiti per diagnostica di beni culturali. I substrati vengono preparati a partire da comuni fogli commerciali di ‘polishing film’, usati per la lappatura delle fibre ottiche, la cui rugosità intrinseca (compresa tra 48 e 1000 nm) favorisce l’effetto SERS.  Su questi film vengono depositate tramite Pulsed Laser Deposition (PLD) nanoparticelle di argento o di oro.

Il procedimento consiste nel fabbricare membrane composite formate da una matrice polimerica che ingloba una carica di cristalli bidimensionali esfoliati secondo la tecnica avanzata wet-jet milling. Un materiale stratificato è micronizzato per mezzo di getti liquidi a pressione controllata. Materiali bidimensionali con spessore e dimensione laterale nanometrici sono dispersi in un fluido e veicolati all’interno di una matrice polimerica porosa con specifica morfologia.

L’invenzione è un metodo di sintesi colloidale di nanomateriali di semiconduttori V-VI-VII non contenenti elementi tossici. Questo è il primo metodo in assoluto che consente di sintetizzare nanomateriali di semiconduttori ad anioni misti senza elementi tossici, tra i quali i nanocristalli di calcoalogenuri di bismuto, considerati fra i più promettenti candidati alle future tecniche di conversione dell’energia luminosa.

L’ottimizzazione dei processi metallurgici risulta oggi cruciale per la progettazione e sviluppo di materiali avanzati in grado di operare e resistere in condizioni estremamente aggressive quali quelle di impianti di produzione di energia, fonti rinnovabili, reattori nucleari di nuova generazione, elettronica avanzata, trasporto a terra, avionica e aerospazio, catalisi, biomedicali, ecc.

Il prototipo utilizza sensori di umidità del suolo che attraverso una misura della permittività dielettrica stimano il contenuto d’acqua nel profilo del terreno sulla base del quale è avviata l‘ irrigazione attraverso elettrovalvola comandate da relè. Il sistema è stato sviluppato utilizzando tecnologie OpenSource. Nello specifico per le componenti hardware si è utilizzato un single-board computer Raspberry PI 3B+ insieme a un 4G LTE Wi-Fi router e un convertitore modbus rs485/USB.

L'inserimento di programmi eseguibili all'interno di QR code è una nuova tecnologia, abilitante per molti contesti applicativi della vita di tutti i giorni. In tutte le condizioni in cui l'accesso a Internet risulti non disponibile, l'utilizzo di un QR code è limitato alla lettura dei dati in esso contenuti, senza nessuna possibilità di interazione.

Lo sviluppo dei polimeri si sta avvicinando ad una nuova fase di avanzamento in cui le nuove funzionalità, soprattutto in combinazione con polimeri conduttivi e nanomateriali, sono più efficaci. In tale contesto, lo studio dei nuovi composti è la chiave per consentire lo sviluppo di tecnologie dirompenti come l’additive manufacturing. L'aumento della conduttività elettrica apre la strada a una nuova classe di oggetti da prototipare a basso costo con un elevato livello di personalizzazione.

La sostituzione di monomeri di derivazione fossile nei materiali termoindurenti è fondamentale per far fronte ai problemi di impatto ambientale legati all’uso delle resine tradizionali. Il gruppo di ricerca ha sviluppato un protocollo di preparazione di resine termoindurenti a partire da oli vegetali con differente composizione, in sostituzione dei tradizionali monomeri. I materiali ottenuti hanno un contenuto di carbonio di origine naturale che supera l’80%.

Il nostro Istituto sviluppa sensori a basso costo su substrato plastico per la rilevazione di gas e composti organici volatili (VOCs). I dispositivi in questione rappresentano il prodotto della combinazione di molteplici tecniche di fabbricazione, facilmente scalabili, con materiali attivi, quali ossidi metallici nanostrutturati e miscele di nanostrutture decorate con nanoparticelle metalliche, che assicurano un’elevatissima sensibilità agli analiti in esame (nell’ordine delle centinaia di ppb).