I sensori chimici per il benessere

0
310
L ’ingegnera e ricercatrice Elisabetta Comini
L ’ingegnera e ricercatrice Elisabetta Comini

L ’ingegnera e ricercatrice Elisabetta Comini descrive l’ambito dei suoi studi e le conseguenze che ne possono derivare, anche per il mondo degli elettrodomestici, con la ferma convinzione che la collaborazione fra fisica, chimica, scienza dei materiali, ingegneria, biologia e informatica possa migliorare il benessere per mente e corpo.
La nanotecnologia e le nanoscienze stanno attraendo sempre più investimenti e interesse in tutto il mondo. Sono essenziali per riuscire ad aumentare il nostro sapere sulla materia e sui fenomeni che avvengono su scala nanometrica, promettendo nuove applicazioni e sviluppo di prototipi industriali ed una eventuale commercializzazione. Per questo motivo, il controllo nella produzione di materiali e nanostrutture innovativi è essenziale per creare tecnologie e piattaforme nuove e rivoluzionarie in diverse aree di interesse, come domotica, edifici intelligenti, biomedicina, ingegneria ambientale, sicurezza, controllo di qualità del cibo, delle risorse idriche ed in sensi più ampio della vita”. Da queste considerazioni si sviluppa il lavoro di Elisabetta Comini, professore associato del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione della facoltà di Brescia, specializzata in fisica della materia e protagonista di ricerche in vari ambiti e attività scientifiche multidisciplinari. Grazie al suo profilo la ricercatrice è stata inserita nel progetto “100 Donne contro gli stereotipi”, una banca dati online voluta dall’Osservatorio di Pavia, istituto di ricerca e analisi della comunicazione, e dall’associazione Gi.U.Li.A, rete delle Giornaliste Libere Unite Autonome, dove sono raccolti 100 nomi e curriculum di esperte nell’ambito delle Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM), settori storicamente sotto-rappresentati dalle donne e al contempo strategici per lo sviluppo economico e sociale del paese.

moleculeDi cosa si occupa, nello specifico?
Le mie ricerche hanno l’obiettivo di aumentare la conoscenza nella scienza dei materiali. Mi occupo dello studio, della preparazione e della caratterizzazione di materiali, in particolare ossidi metallici, e della loro integrazione in dispositivi. Questa classe di materiali ha delle proprietà fisiche e chimiche che sono veramente tra le più disparate, troviamo ossidi isolanti, semiconduttori ed addirittura quasi metalli, superconduttori e proprio per questo possono essere sfruttati per la preparazione di dispositivi di vario tipo. La caratteristica principale e il vantaggio di lavorare con ossidi è legato alla stabilità chimica che assicura una stabilità e quindi una potenziale affidabilità ai dispositivi che sfruttano le proprietà attive di questi materiali.
Grazie alle proprietà intrinseche di questi materiali ed anche alla possibilità di modificare la loro forma ottenendo delle nanostrutture, è possibile preparare dei dispositivi quali ad esempio sensori di specie chimiche o gassose.

Quali applicazioni possono avere i risultati delle sue ricerche?
I sensori hanno e avranno un impatto sempre più crescente sugli aspetti della nostra vita: in particolare i sensori chimici sono l’interfaccia necessaria per acquisire informazioni chimiche nell’ambiente che ci circonda in tempo reale.
Queste informazioni possono fornire un sistema di controllo della nostra qualità di vita, ma anche un sistema per controllare qualsiasi tipo di processo chimico: rilevamento di analiti tossici ed esplosivi, sistemi di sicurezza per proteggere i lavoratori da rischi chimici, il monitoraggio dell’ambiente esterno, il controllo della catena alimentare, e il monitoraggio della salute e del benessere.
Il vantaggio dell’utilizzo delle nanotecnologie è che questi sensori chimici hanno migliori prestazioni, possono risolvere o ridurre alcuni dei problemi che hanno limitato fino ad ora la commercializzazione dei dispositivi tradizionali, possono essere più sensibili e inoltre possono essere inseriti in qualsiasi posizione e utilizzati in reti di sensori per monitorare le informazioni chimiche in funzione della posizione e del tempo. Questo permette di dare una distribuzione, una mappa delle sostanze chimiche nocive e tossiche in tempo reale. Inseriti ad esempio nei cellulari, ci possono avvertire di non andare in una zona perché c’è qualche specie chimica nociva o l’inquinamento è troppo elevato in quel momento.
La qualità dell’aria atmosferica o dell’aria all’interno di edifici può essere monitorata e correlata a malattie croniche, ad esempio, e questo può fornire informazioni su come aumentare la salute ed il benessere. L’importanza di avere una mappatura, un dato oggettivo consiste proprio nella possibilità di correlazione con la salute ed il benessere delle persone, questo ci fornisce la possibilità di intervenire!
In Italia, i concetti di spirito, mente, il corpo e benessere accompagnano la vita quotidiana di tutti e hanno un grande significato. Nel corso degli anni, questo concetto ha guadagnato sempre più valore e, allo stato attuale, non si riferisce solo all’assenza di malattie bensì ad un benessere generale in cui mente e corpo sono considerati come un tutt’uno. Dunque è essenziale avere degli strumenti per poter misurare in modo oggettivo i parametri che possono essere collegati allo stato di benessere totale.

Crede ci possa essere una connessione fra la sua ricerca e il mondo degli elettrodomestici?
Assolutamente sì, questo tipo di sensori chimici può ad esempio dare informazioni sulla presenza di specie volatili correlabili alla bontà di un alimento, per fare un esempio un sensore inserito in un frigorifero potrebbe avvertirci che il pesce fresco, che abbiamo comprato e riposto in frigorifero giorni prima, deve essere consumato oppure che non è più edibile. Un’altra possibilità è l’utilizzo di sensori per la rivelazione delle specie volatili che vengono rilasciate dai cibi durante la cottura in modo da automatizzare un forno elettrico.
Ovviamente ogni caso necessita di uno studio e di una progettazione specifica perché le specie da rilevare cambiano e bisogna associare il tipo di risposta alla particolare situazione. È come se il sensore fosse un neonato, dobbiamo insegnargli quale è l’odore del pesce buono e del pane cotto, in modo che possa distinguerli una volta cresciuto ed aiutarci nella vita di tutti i giorni: spegnere il forno prima che la pietanza bruci, oppure evitarci degli avvelenamenti dovuti a cibi avariati.

Riesce a darmi una sua opinione sul futuro di questo settore?
I sensori chimici sono strumenti essenziali per creare nuovi stili di vita che sono coerenti con una società sostenibile. Per incrementare ulteriormente l’avanzamento in questo settore è importante integrare i diversi aspetti che lo caratterizzano che spaziano tra fisica, chimica, scienza dei materiali, ingegneria, biologia, informatica ed altro ancora. È proprio questa interdisciplinarità che lo caratterizza a renderne più lento l’avanzamento perché la ricerca deve essere fatta in gruppi di lavoro che abbiano background diversi e disparati.
Nello studio del sistema di rilevamento del sensore ha un’importanza fondamentale, non solo le proprietà funzionali del materiale attivo, ma anche tutto quello che lo circonda e che rende possibile sfruttare le sue proprietà e farle arrivare all’utente come un numero, un segnale. Inoltre è importante, ma ancora difficile, non fermarsi ad analisi di laboratorio a volte troppo lontane dalle prove reali. Nella ricerca ci deve essere maggiore sforzo per realizzare test il più vicino possibile vicino alla realtà, al reale ambiente di lavoro di questi dispositivi. Per questo motivo sono sempre più importanti studi per confermare la fattibilità e dimostrare chiaramente le potenzialità di sensori chimici, e la combinazione sinergica di caratterizzazioni funzionali e fondamentali utilizzando studi che vengono chiamati in condizioni “operando”.
Tutte queste possibili innovazioni possono realmente produrre un significativo miglioramento nel nostro stile di vita. La nanotecnologia può essere stata sopravvalutata per quanto riguarda le aspettative a breve termine, ma per quanto riguarda il lungo termine ci saranno grandi implicazioni per la sanità, la produttività, e l’ambiente.
In particolare gli ossidi metallici rimangono la classe più promettente di materiali sensibili per lo sviluppo di sensori chimici a mio parere, grazie a semplici metodi di produzione ed alla stabilità chimica. Gli ossidi metallici sono stati i primi ad essere commercializzati sotto forma di sensori chimici per conduttimetrica e saranno parte del futuro dei sensori chimici in forme diverse come le nanostrutture di cui mi occupo. Il mio contributo riguarda proprio la preparazione, l’ottimizzazione di questo tipo di materiali in modo che riescano il più possibile a soddisfare i requisiti di questi dispositivi in termini di affidabilità, stabilità e sensibilità quando sono integrati nel dispositivo finale. La dimostrazione della fiducia che abbiamo riposto in questo tipo di ricerca, insieme ad altri dipendenti dell’università di Brescia, è stata la creazione da poco più di un mese della start up innovativa Nano Sensor Systems (Nasys) che vuole garantire la possibilità di sfruttare dal punto di vista pratico il know-how generato all’interno dell’università mettendolo a disposizione della comunità. (A.S.)