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Fenomenali per pulire le acque da farmaci e metalli: sono le nanospugne targate Torino

Fiume Po lungo il Parco del Valentino, Torino.

Il nostro corpo e l’ambiente in cui viviamo sono talvolta esposti a rischi di contaminazione da parte di sostanze tossiche. Come gruppo di ricerca lavoriamo da anni allo sviluppo di macromolecole chiamate "nanospugne" in grado di intrappolare diversi composti, con applicazioni che vanno dall’eliminazione di sostanze nocive che ingeriamo alla purificazione delle acque, e altro ancora.

Recentemente, abbiamo descritto le applicazioni dei nostri polimeri noti come “nanospugne” (NS) nel campo della scienza alimentare, ma le nanospugne hanno dimostrato di avere importanti applicazioni anche in campo medico e ambientale. In un lavoro recente, per esempio, abbiamo dimostrato la loro efficacia, per lo più senza tossicità, nell’eliminare i metaboliti detti indolici (derivati molecolari provenienti del metabolismo dal triptofano, aminoacido presente in molte proteine di origine animale e vegetale) e altamente tossici per le persone con insufficienza renale cronica.
Ma quello di cui vi voglio parlare qui è l’applicazione delle nanospugne nell’ambito della depurazione delle acque reflue, e in particolare nell'eliminazione degli inquinanti, siano essi metalli pesanti o composti organici.

Come abbiamo raccontato precedentemente, le nanospugne presentano porosità interstiziali tra le singole ciclodestrine (le molecole che le compongono) e sono caratterizzate da una distribuzione di carica elettrica (polarità) non definita a priori ma modulabile. Due caratteristiche, la porosità e la polarità, che consentono alle NS di assorbire un ampio spettro di molecole. Caratteristica altrettanto importante delle NS è la completa assenza di tossicità, come abbiamo dimostrato in vari studi. Ecco allora che le loro applicazioni diventano molto interessanti in ambito di purificazione ambientale e in medicina.

Le nanospugne sono infatti in grado di eliminare i contaminanti nelle acque reflue come metalli pesanti e farmaci, antibiotici nello specifico. In due lavori diversi, il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato polimeri eco-friendly, a base di ciclodestrine e acido citrico, capaci di eliminare metalli pesanti come il rame, tossico per la vita anche a concentrazioni relativamente basse. Nel primo studio abbiamo mostrato come, a concentrazioni di rame inferiori a 50 mg/L, le nanospugne sono state in grado di sequestrare fino al 92% della quantità iniziale di metallo. Mentre, in presenza di sali interferenti l’azione di assorbimento dei metalli pesanti (situazione simile all’acqua di mare), le nanospugne sono state in grado di assorbire in modo selettivo una quantità significativamente maggiore di metalli pesanti, rispetto ad altri metalli innocui come sodio, potassio, magnesio, calcio, ecc. (Figura 1).
In un altro lavoro abbiamo studiato la rimozione della ciprofloxacina, un antibiotico usato per trattare molte infezioni dei tratti respiratorio, gastrointestinale e urinario, e che quindi si può trovare negli scarichi fognari, a volte anche a causa di uno scorretto smaltimento dei farmaci. In questo caso abbiamo osservato come, in pochi minuti, la NS abbia assorbito il 90% dell'inquinante antibiotico dall'acqua, con una capacità di assorbimento massima di 2 mg/g di NS.

Oggi il materiale ha un TLR (Technology Readiness Level) di valore 6, presentando buoni risultati nei test sul campo. Si sta quindi lavorando alla scalabilibilità della produzione a livello industriale con le aziende nazionali.
In sintesi, abbiamo dimostrato la capacità di questo materiale economico e di facile produzione di eliminare i contaminanti non solo dalle acque reflue ma anche dal corpo umano. Un materiale versatile, dalle innumerevoli applicazioni e al 100% Made in Italy perché inventato proprio dal nostro gruppo di ricerca!

Gruppo di ricerca: Francesco Trotta (coordinatore), Adrián Matencio, Fabrizio Caldera, Gjylije Hoti, Silvia Lucia Appleton, Claudio Cecone, Alberto Rubin Pedrazzo, Yousef Khazaei Monfared, Azam Rezayat e Zeinab Zohreband.

Ringraziamenti: Adrián Matencio ha una borsa di studio post-dottorato (21229/PD/19) dalla Fondazione Séneca (Murcia, Spain).


IMMAGINI

Questa storia di ricerca si trova in:


un racconto di
Adrián Matencio Duran
Fabrizio Caldera
Francesco Trotta
DIPARTIMENTO / STRUTTURA

Pubblicato il

26 marzo 2021

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