Biosensori elettronici e ottici basati su materiali bidimensionali per la medicina personalizzata

Salute, benessere e dinamiche socioculturali

Obiettivo generale della ricerca

Studio di biosensori che integrano componenti micro-nano elettronici e/o ottici per la realizzazione di dispositivi innovativi, quali rivelatori di microRNA, mediante l’utilizzo di nuovi materiali bidimensionali, come il grafene, per applicazioni che spaziano dalla “medicina personalizzata”, fino ad arrivare alle applicazioni biotecnologiche

Principali risultati prodotti

Studio, implementazione e validazione di modelli matematici che descrivono il comportamento dei materiali bidimensionali e modelli multi-physics basati su differenti metodi numerici nel dominio del tempo e della frequenza (Rapporto)
Progetto ottimizzato di un sensore/biosensore innovativo micro-nano che integra materiali bidimensionali (Rapporto)
Tecnologia di fabbricazione e implementazione di tecniche per la caratterizzazione elettrica/elettromagnetica di micro/nano strutture utili alla definizione di configurazioni del pre-prototipo del sensore/biosensore (Rapporto)
Definizione di configurazioni integrate e sistemi di trasmissione innovativi basati su materiali bidimensionali (Prototipo)

Principale know-how prodotto

Definizione di parametri prestazionali per confrontare differenti tecnologie
Configurazioni di micro-nano strutture per sensori e biosensori
Conoscenze relative all’integrazione di sensori ottici e CMOS photodetector operanti nel visibile e vicino infrarosso
Conoscenze relative all’ottimizzazione di sensori ottici basati su nanobeam operanti alle frequenze ottiche
Conoscenze relative al trapping ottico basate su tecnologia a cristallo fotonico mesoscopico
Conoscenze sul comportamento del grafene nell’intervallo delle microonde per sistemi di trasferimento dati
Modello grafene dalle microonde al visibile
Analisi di strutture periodiche basate su pillar dielettrici

Sfida sociale: Prevenzione, accertamento e cura della malattia

I risultati progettuali hanno mostrato il loro impatto: 1) Sensori/biosensori con una sensitivity migliorata e ottimizzata su tutto lo spettro elettromagnetico (microonde, THz, infrarosso e visibile). Questo aspetto permetterà di ottenere informazioni sulle concentrazioni analitiche più basse sia in soluzione che in fase gassosa. In questo contesto, l'attività di ricerca è stata focalizzata sulla dimostrazione sperimentale di un nanosensore per la rilevazione delle variazioni di concentrazione del glicerolo dovute all'insorgenza di malattie cardiovascolari e/o di disturbi del metabolismo; 2) Dispositivi capaci di intrappolare (trapping), manipolare (tweezing) o filtrare particelle tossiche e oggetti biologici per la medicina personalizzata o per applicazioni relative all'inquinamento in soluzione e/o in fase gassosa (ad esempio, nano/micro particelle inquinanti disperse in aria). Le soluzioni proposte permetteranno di manipolare oggetti di dimensioni nanometriche (ad esempio 200-300 nm come per i virus) e oggetti di dimensioni micro-metriche (5-10 micron) come i batteri; 3) Antenne in grafene per le comunicazioni in sistemi Wireless Body Area Network (WBAN). Il prototipo realizzato permetterà di realizzare dispositivi "wearable" e "stretchable" da integrare in soluzioni non invasive per il paziente (come ad esempio "cerotti intelligenti" o lenti a contatto)

Collaborazioni internazionali rilevanti attivate