Sapere Scienza

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Microalghe per biomateriali e fotonica

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Durante i miei tre anni di dottorato mi sono occupato di diatomee. Le diatomee sono delle microalghe caratterizzate dalla presenza di una parete cellulare composta da silice e chiamata frustulo. Sino a vent’anni fa erano usate esclusivamente come controllori biologici per il biomonitoraggio dello stato di salute di fiumi, laghi, oceani e per testare le fluttuazioni di parametri idrici (migrazioni di specie ittiche e catene alimentari) in ambito ecologico. Recentemente si è andata affermando una tematica di ricerca che utilizza esclusivamente i gusci di biosilice (vetro!) – scartando la parte biologica – per sfruttare la loro struttura ordinata e conferire loro delle proprietà di interesse tecnologico o biotecnologico.

In particolare, lo scopo è fare chimica organica avanzata manipolando i frustuli (così sono chiamati i gusci), per produrre nuovi materiali intelligenti. Il gruppo di ricerca dove ho svolto il mio dottorato, e dove oggi svolgo un periodo da post-doc, ha sempre lavorato nell’ambito fotovoltaico e farmaceutico, studiando i meccanismi delle reazioni. Ormai da 4 anni lavoriamo anche su argomenti di interesse biologico e sulla crescita di una specie di diatomea, Thalassiosira weissflogii, dalla quale abbiamo estratto i gusci. Questi frustuli sono strutture estremamente ordinate, di forma tondeggiante, dal diametro medio di 10 micrometri, in cui sono presenti dei pori molto piccoli distribuiti omogeneamente sulla superficie della biosilice.

Su questi frustuli abbiamo attaccato chimicamente un antiossidante tissutale chiamato radicale TEMPO (tetra-metil-piperidil-N-ossido) e, successivamente, abbiamo depositato i gusci per farvi crescere sopra cellule ossee, gli osteoblasti. La biosilice è stata resa poi simile a una scatoletta per pillole (pill-box) al fine di contenere farmaci per i quali è utile un lento rilascio nel tessuto. In questo modo è stata costruita una struttura per cellule ossee da impiegare nell’ambito dell’ingegneria tissutale, basata su materiali naturali, poco costosi e di facile manipolazione (il vetro delle diatomee, appunto).

Il progetto più ambizioso, però, è quello su cui ancora stiamo cercando di far luce (e non è un gioco di parole). Dopo aver nutrito le diatomee con oggetti chimici organici fluorescenti, come il BPE con luminescenza blu (una molecola dal nome difficile, bis-fenilene-etinilene), abbiamo osservato che queste lo hanno incorporato e i loro gusci, una volta privati della componente organico-biologica, sono rimasti fluorescenti. Non solo questa fluorescenza è presente dopo il trattamento, rendendo i gusci dei micro-oggetti luminescenti, ma è anche “modulata” da certe caratteristiche ottiche che i gusci stessi posseggono: cambio di lunghezze d’onda e di intensità, come se fossero dei selettori di lunghezze d’onda (opali o fibre ottiche gerarchiche).

Danilo Vona

Danilo è ricercatore in Scienze chimiche e molecolari presso il Dipartimento di Chimica dell’Università di Bari Aldo Moro.

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