Tecnologie

I dispositivi di rilevazione della presenza di molecole d’interesse (analiti) hanno goduto di un rinnovato slancio per l’introduzione di elementi biologici (biosensori). La loro elevata specificità è utilizzata in svariati campi, dal monitoraggio ambientale e la bio-medicina fino alla tutela e la promozione dei prodotti agroalimentari. Tuttavia, l’alto costo di produzione e la poca compatibilità a campionamenti di massa (high-throughput) talvolta ne limitano l’utilizzo.

La drammatica emergenza sanitaria mondiale per la pandemia dovuta al SARS-CoV-2 richiede nuovi dispositivi diagnostici, in grado di identificare la presenza del virus nei campioni biologici dei pazienti. In tale direzione, lo sviluppo di un test innovativo a basso costo, che fornisca l’esito entro pochi minuti, riproducibile e che possa rivelare la presenza diretta anche di poche particelle virali, sarebbe di fondamentale importanza per il monitoraggio e il contenimento della pandemia.

Presso il laboratorio VisLab di IMM è presente un micro-spettroscopio Raman di ultima generazione in grado di effettuare misure vibrazionali ad alta risoluzione spaziale e spettrale, a temperatura controllata e in fast-imaging, per raccogliere informazioni e mappature chimico-fisiche sui campioni senza necessità di preparazione e alterazione degli stessi, dunque per studi non distruttivi e in condizioni di operatività dei sistemi.

La tecnologia dei transistor organici a film sottile (OTFTs) è adatta per applicazioni di elettronica su larga area, elettronica “usa-e-getta” ed applicazioni “Internet of Things”. I circuiti che impiegano OTFTs possono essere realizzati con tecnologie di stampa molto economiche. Il comportamento elettrico di questi dispositivi è profondamente diverso da quello dei MOSFETs in silicio e per la progettazione di circuiti diventa necessario usare dei modelli compatti specifici per gli OTFTs.

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 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.

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.

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).

IMM ha realizzato una classe di sensori di tattili per la rilevazione del contatto con le dita o per la gestione di oggetti da parte di arti robotici (e-skin). Tali dispositivi, integrati su substrato ultra-flessibile e altamente conformabile possono essere utilizzati per rilevare la presenza di un oggetto per interagire con l’ambiente circostante, creare una rete di monitoraggio per le interazioni dirette uomo-macchina, costituire apparati di rilevazione biometrica del battito cardiaco o per realizzare sistemi indossabili per controllo remoto di robot o rover.

SITODIET è un software innovativo che permette un approccio traslazionale allo stato di salute dell’uomo.

La Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare allo Stato Solido (SSNMR) è oggi una delle tecniche più potenti per la caratterizzazione di materiali e sistemi solidi, ma anche di materiali cosiddetti “soffici”. Questa spettroscopia permette di caratterizzare in dettaglio le proprietà strutturali e dinamiche su ampie scale spaziali (0.1-100 nm) e temporali (10²-10^-11 s). Conoscere queste proprietà significa ottenere una conoscenza profonda di un materiale e orientarne il design e l’ottimizzazione.

Recentemente, è stato dimostrato che la spettroscopia Raman può svolgere un ruolo fondamentale per coadiuvare il lavoro dell’anatomopatologo permettendo di effettuare classificazione di campioni oncologici con accuratezza praticamente del 100% nella diagnosi oncologica.

Gli studi genetici negli ultimi anni sono stati strategici nell’individuazione di bersagli terapeutici per patologie complesse. Questi studi hanno identificato migliaia di varianti genetiche che contribuiscono all’insorgenza di malattie e/o alla modifica di parametri misurabili (fenotipi) aventi un impatto importante sullo stato di salute. Il meccanismo di azione di molte delle varianti  e quindi le molecole target, sono tuttavia ancora poco noti.