NANOTECNOLOGIE/ Come filare le nanofibre per i sensori del futuro

- Michele Orioli

Torniamo ad occuparci di nanotecnologie con questo articolo di MICHELE ORIOLI. Scopriremo cosa succede riducendo il diametro delle fibre polimeriche, ecco di cosa si tratta

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Nanotecnologie

I pregi della microfibre sono ormai ben conosciuti, ma sono ancora modesti in confronto a quelli delle nanofibre, che si stanno affacciando prepotentemente sullo scenario industriale. Il fatto è che quando il diametro delle fibre polimeriche è ridotto dal livello micrometrico a quello nanometrico (cioè del miliardesimo di metro) si ha la sorprendente manifestazione di importanti e preziose caratteristiche tra cui la notevole porosità e un elevato rapporto superficie/volume, che aumenta anche di un fattore mille rispetto alle microfibre.

Queste e altre proprietà rendono le nanofibre ideali in diversi settori applicativi. Per questo molti sforzi sono strati fatti per risolvere il delicato problema della loro produzione e sono state studiate alcune tecniche di lavorazione tra le quali la più interessante e promettente è la tecnologia di elettrofilatura, meglio nota nel più simpatico termine inglese Electrospinning. I suoi vantaggi derivano anzitutto dal fatto di essere un processo facilmente trasferibile a livello industriale; inoltre ha dalla sua una sicura ripetibilità, una grande versatilità, la possibilità di accurato controllo delle dimensioni delle nano fibre e il fatto si essere piuttosto conveniente.

In particolare la tecnologia Electrospinning si mostra adatta per realizzare sensori nanostrutturati, permettendo una facile integrazione di fibre lunghe, sia organiche che inorganiche, con microcircuiti in diverse configurazioni e su diversi substrati. Recenti sviluppi di queste tecniche hanno consentito di ottimizzare la sensibilità, i limiti di rivelazione, i tempi di risposta e la selettività dei sensori a nano fibre, sintonizzando la porosità delle fibre e degli strati ed eseguendo alcune procedure di post -trattamento.

Nonostante questi lusinghieri risultati, la tecnologia Electrospinning non è ancora ben conosciuta e adeguatamente valorizzata in ambito industriale e applicativo. Ecco allora l’attualità di un convegno che si svolge, a partire da oggi, a Roma presso l’Istituto sull’Inquinamento Atmosferico del Cnr (Cnr-IIA) nella sua sede di Montelibretti: è il primo workshop internazionale su “Electrospinning for High Performance Sensing” (EHPS) ed è organizzato proprio dal Cnr-IIA come parte di una Azione europea di ricerca nota come COST Action MP1206 sulle “nanofibre elettrofilate per materiali compositi bioispirati e applicazioni industriali innovative”.

L’Istituto di Montelibretti, unitamente agli altri tre centri dell’IIA, grazie alla presenza dei propri ricercatori nelle reti di eccellenza internazionali, svolge attività di ricerca e di alta consulenza nel settore dell’inquinamento in particolare sull’emissione, trasformazione, trasporto, deposizione e circolazione degli inquinanti atmosferici e ambientali in aree urbane e industriali. Da tempo è impegnato nello sviluppo di sistemi integrati di analisi ambientali che prevedono l’integrazione di sistemi osservativi con modelli numerici di qualità dell’aria al fine di sviluppare analisi socio-economiche utili all’implementazione delle direttive europee e dei trattati internazionali sia per la scala nazionale che internazionale.  

Le attività di ricerca sono condotte  in relazione alle diverse aree tematiche, tra le quali c’è quella rivolta ai “Sistemi sensoristici ad elevate prestazioni per il monitoraggio della qualità dell’aria e dell’ambiente”. È all’interno di questo gruppo che è sorta la necessità di sviluppare sistemi di monitoraggio più flessibili rispetto a quelli analitici tradizionali che, seppure caratterizzati da accuratezza e precisione, spesso risultano di alto costo e impossibili da utilizzare nelle strategie di miniaturizzazione e di applicazioni su larghe aree; sono inoltre spesso limitati dalla possibilità di un monitoraggio in continuo e con bassi consumi energetici. 

Da qui sono nati vari progetti per la creazione di dispositivi sensoristici per il monitoraggio della qualità dell’aria, del suolo e dell’acqua attraverso, tra i quali: la realizzazione di microtrasduttori gravimetrici e conduttometrici “customizzati” su substrati convenzionali e non; la fabbricazione di sensori chimici e biosensori “wearable”, “biodegradable” ecc.; lo sviluppo di tecnologie a basso costo per la fabbricazione controllata di film nanostrutturati per sensori, come appunto l’Electrospinning ma anche il dipping, il  self-assembling, l’electrochemical growth and immobilisation.

È stato naturale quindi affidare al Cnr-IIA l’organizzazione di questo workshop, che sarà un punto di partenza per una serie di successivi incontri dedicati alla condivisione e diffusione di nuove idee per una sensoristica innovativa. In questi giorni verranno presentati i recenti progressi nei sensori nanostrutturati, in particolare quelli basati sulla tecnologia Electrospinning; si parlerà delle diverse applicazioni quali: il monitoraggio sanitario, la sicurezza, l’alimentazione e l’ambiente in genere. Verranno descritti i materiali, i metodi e le tecnologie avanzate per progettare e costruire un gran numero di nanofibre funzionalizzate (core-shell, nanocompositi, miscele di polimeri, cavità, ceramiche, bio-funzionalizzati ecc.), di tessuti, di tessuto-non-tessuto, di nano fibre allineate, 1D e 3D e altre ancora.

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