Fondamenti Chimici delle Tecnologie

• RADICALI LIBERI ORGANICI IN SISTEMI BIOLOGICI E POLIMERICI
• BIONANOTECNOLOGIE
• APPLICAZIONE DELLA SPETTROSCOPIA INFRAROSSA PER LO STUDIO E LA CARATTERIZZAZIONE DI COMPOSTI ORGANICI, INORGANICI E BIOLOGICI
• STUDI TEORICI (IN SILICO) DI SISTEMI MACROMOLECOLARI COMPLESSI E DI MOLECOLE AD ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE

RADICALI LIBERI ORGANICI IN SISTEMI BIOLOGICI E POLIMERICI

Il gruppo di ricerca si occupa da anni dello studio di Meccanismi di Reazioni Chimiche coinvolgenti Radicali Liberi Organici in diversi Sistemi, come quelli Biologici e Polimerici, nei quali queste specie rivestono un ruolo fondamentale nei processi di Autoossidazione. Tali competenze sono inoltre sfruttate anche per lo studio di processi Radicalici di Polimerizzazione con lo scopo di ottenere nuovi materiali rispettosi dell’ambiente in un’ottica di Economia Circolare.

• Sintesi e Studio di nuovi Antiossidanti in Sistemi Biologici e Polimerici;
• Sintesi di Nitrossidi Radicali e dei loro Nitroni precursori come Intrappolatori di Specie Radicaliche Instabili (Spin Traps) nella tecnica dello Spin Trapping con la Spettroscopia di Risonanza Magnetica di Spin Elettronico (Electron Paramagnetic Resonance – EPR);
• Sintesi di Nitrossidi Radicali e delle corrispondenti Alcossiammine da usare nella Polimerizzazione Radicalica Controllata (CRP)
• Sintesi di Nuovi Materiali Polimerici Biodegradabili attraverso la Polimerizzazione Radicalica Controllata (CRP)
• Calcoli Quantomeccanici di tipo Density Functional Theory (DFT) per la valutazione di parametri Elettronici, Termodinamici e Cinetici di specie Radicaliche Transienti.

Responsabile: Prof. Pierluigi Stipa

Personale coinvolto nell’attività: Pierluigi Stipa, Emiliano Laudadio

BIONANOTECNOLOGIE

L’attività di ricerca svolta nel Laboratorio di Bionanotecnologie rientra nel campo della preparazione e caratterizzazione di nanosistemi liquido cristallini da applicare nel trasporto di farmaci, proteine e materiale genetico. Tali sistemi liotropici rappresentano un ottimo esempio di materiali “soft”, il loro ricco polimorfismo, in funzione della concentrazione e della temperatura, li rende interessanti nanomateriali. Questi sistemi possono essere utilizzati nel trasporto di farmaci o materiale genetico e hanno il vantaggio di poter trasportare i principi attivi direttamente ad uno specifico bersaglio se opportunamente funzionalizzati. I possibili carrier, utilizzati nella nostra ricerca, sono i liposomi e più recentemente i “cubosomi” e nanoparticelle a struttura esagonale o “Hexosomes” (ottenuti aggiungendo opportuni tensioattivi dalle fasi cubiche ed esagonali). L’attività di ricerca si basa sulla:

• Progettazione e sintesi di lipidi anfifilici funzionalizzati in grado di autoassemblarsi in nanostrutture quali micelle, liposomi o strutture polimorfiche più complesse utilizzabili nel gene o drug delivery.
• Caratterizzazione chimico-fisica degli aggregati polimolecolari lipidici e correlazione delle loro caratteristiche strutturali con la capacità di complessare farmaci o acidi nucleici da veicolare all’ interno delle cellule. Metodi utilizzati: Diffrazione ai raggi X (SAXS), Dynamic and Electrophoretic Light Scattering, Elettroforesi.

L’attività sperimentale viene svolta, oltre che nel Laboratorio di Bionanotecnologie del Dipartimento SIMAU, anche presso alcuni grandi laboratori internazionali per lo studio della struttura della materia quali European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Grenoble (Francia), ELETTRA synchrotron (Trieste-Italia), ALBA synchrotron (Barcellona-Spagna) e ISIS sorgente di neutroni (Oxford- Inghilterra).

Un’altra attività svolta nel nostro laboratorio è la sintesi, caratterizzazione e ottimizzazione di “molecularly imprinted polymers” (MIPs) per la rimozione di contaminanti (Diclofenac) da acque reflue.

Liposomi per il trasporto di farmaci e materiale genetico

M. Pisani, G. Mobbili, I.F. Placentino, A. Smorlesi and P. Bruni, J. Phys. Chem. B, 2011,115 (34), 10198

E. Crucianelli, P. Bruni,A. Frontini, L. Massaccesi, M. Pisani, A. Smorlesi and G. Mobbili, RSC Advances, 2014, 4, 58204

Nanomateriali innovativi per applicazioni nella scienza e ingegneria dei materiali, biologia e nanomedicina

Astolfi, P.; Giorgini, E.; Gambini, V.; Rossi, B.; Vaccari, L.; Vita, F.; Francescangeli, O.; Marchini, C.; Pisani, M. Langmuir 2017, 33 (43), 12369–12378.

Astolfi, P.; Giorgini, E.; Adamo, F. C.; Vita, F.; Logrippo, S.; Francescangeli, O.; Pisani, M. J. Mol. Liq. 2019, 286, 110954.

Responsabile: Prof.ssa Michela Pisani

Personale della Sezione: Michela Pisani, Paola Astolfi

APPLICAZIONE DELLA SPETTROSCOPIA INFRAROSSA PER LO STUDIO E LA CARATTERIZZAZIONE DI COMPOSTI ORGANICI, INORGANICI E BIOLOGICI

L’attività di ricerca svolta presso il Laboratorio di Spettroscopia Infrarossa si sviluppa attraverso l’applicazione della Spettroscopia FTIR nel medio e nel vicino Infrarosso per lo studio e la caratterizzazione di composti organici, inorganici e biologici in diversi stati fisici. L’accoppiamento tra spettroscopia IR e microscopia visibile permette di analizzare campioni di dimensioni dell’ordine dei micron e di ottenere inoltre delle mappe colorimetriche in cui ogni pixel corrisponde ad uno spettro infrarosso. La grande quantità di dati acquisiti su un unico campione viene poi sottoposta ad analisi statistica e multivariata. Il campo di applicabilità è molto ampio: possono essere analizzate efficacemente sia sostanze organiche che inorganiche.

FTIR Imaging di campioni biologici

• Caratterizzazione spettroscopica di campioni biologici, come sezioni di tessuto provenienti da resezione chirurgica o da biopsia di vari distretti, per ottenere importanti indicazioni sulla composizione e sulla distribuzione delle principali biomolecole (proteine, acidi nucleici, lipidi e carboidrati).
• Identificazione di specifici markers spettrali per distinguere i diversi gradi di malignità delle patologie tumorali, per la conferma ed il supporto dei risultati ottenuti dalla comune attività diagnostica.
• Analisi IR in vitro di linee cellulari tumorali primarie, studio della loro composizione biochimica e del metabolismo cellulare. Valutazione degli effetti causati dalla somministrazione di chemioterapici, da shock termico e ossidativo sulle colture cellulari tumorali: analisi delle modificazioni a carico della componente lipidica, proteica e glucidica.

Questa attività sperimentale viene svolta in collaborazione con il centro di Ricerca ELETTRA (Trieste).

FTIR di materiali biocompatibili

• Analisi vibrazionale di materiali sintetici per restauro dentale con valutazione delle loro proprietà chimico-fisiche, del grado di polimerizzazione e della presenza di eventuali sostanze non biocompatibili.
• Analisi delle modifiche chimico-fisiche dovute all’irraggiamento dei raggi b e g utilizzati per la sterilizzazione di polimeri per applicazioni biomediche.

FTIR di materiali nell’ingegneria

• Analisi qualitativa e quantitativa di bitumi modificati per la ricerca di polimeri di modifica (SBS ed EVA).
• Caratterizzazione di materiali compositi (laterizi, intonaci ecc…) e valutazione delle loro proprietà chimico-fisiche, anche in seguito a trattamenti di invecchiamento (irraggiamento raggi UV, cicli gelo-disgelo).

FTIR di polimeri sintetici
Analisi e caratterizzazione di polimeri biodegradabili ottenuti da molecole naturali, per individuare la presenza di anomalie legate al loro processo di lavorazione e per caratterizzare i prodotti ottenuti da eventuali processi ossidativi o da reazioni radicaliche, che possano indurre una variazione del reticolo cristallino del materiale di partenza.

FTIR di microplastiche
Analisi e caratterizzazione di microplastiche ricavate dai fondali marini, dalle spiagge e dagli impianti di depurazione, per valutare il loro grado di conservazione.

Responsabile: Prof.ssa Sabbatini Simona

Personale coinvolto nell’ attività: Sabbatini Simona, Giorgini Elisabetta

STUDI TEORICI (IN SILICO) DI SISTEMI MACROMOLECOLARI COMPLESSI E DI MOLECOLE AD ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE

L’ attività di Ricerca è basata su studi teorici (in silico) di sistemi polimerici naturali e sintetici, e del comportamento di molecole ad attività antiossidante tramite un approccio combinato basato sulla metodica DFT (Density Functional Theory) e sulle simulazioni di Dinamica Molecolare (Molecular Dynamics). L’utilizzo combinato di tali tecniche permette di studiare a livello atomistico specie radicaliche, piccole molecole e complessi sistemi solidi e\o liquidi, simulandone il comportamento nel tempo, allo scopo di fornire strumenti utili per predire la stabilità e le proprietà strutturali ed elettroniche di sistemi complessi. Questo dettagliato metodo consente di esplicitare le evidenze macroscopiche sperimentali, di stimare ed individuare le migliori condizioni sperimentali riguardo l’ottenimento di sistemi macromolecolari complessi, consentendo l’ottimizzazione di tempi e costi, riducendo i consumi e offrendo, allo stesso tempo, un metodo valido per l’individuazione di caratteristiche fisico-chimiche con un elevato livello di affidabilità.

• Studio del comportamento di molecole ad attività antiossidante e valutazione della eventuale influenza esercitata dall’ambiente.
• Studi di stabilità di differenti forme radicaliche possibili per la stessa specie.
• Studi di stabilità di sistemi polimerici naturali e sintetici, e studi sulla flessibilità conformazionale a diverse temperature.
• Predizione delle proprietà farmacologiche di molecole naturali e sintetiche sulla base delle interazioni con sistemi macromolecolari specifici.
• Studio delle proprietà elettroniche di materiali semiconduttori da utilizzare nel campo dell’elettronica analogica e digitale.

Responsabile: Prof. Laudadio Emiliano

Personale coinvolto nelle attività: Laudadio Emiliano e Pierluigi Stipa