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Chemical Engineering at the Interface Lab – ChE@Interface

Il focus della nostra attività di ricerca è il comportamento in flusso della materia soffice con particolare attenzione al ruolo svolto dalle interfacce in applicazioni di ingegneria chimica. Le interfacce sono una caratteristica comune della materia soffice a causa delle dimensioni mesoscopiche dei suoi costituenti, come goccioline di emulsioni, vescicole di tensioattivo e cellule viventi, che appartengono a un intervallo intermedio tra la scala molecolare e quella macroscopica. Questa gamma di dimensioni, unita alla lenta dinamica temporale, rende i singoli costituenti della materia soffice osservabili al microscopio ottico, fornendo così un potente strumento per la visualizzazione diretta dei fenomeni su microscala. Il nostro approccio di ricerca si basa sullo sfruttamento di tecniche avanzate di microscopia ottica, come microscopia confocale, epifluorescenza, luce polarizzata, time-lapse e alta velocità di acquisizione, per visualizzare il comportamento della materia soffice in diversi ambienti e condizioni di processo, comprese celle di flusso, camere di diffusione, piastre biologiche, dispositivi a membrana e superfici metalliche. In particolare, la microscopia ottica combinata con tecniche di analisi delle immagini si presta allo studio del comportamento reologico e interfacciale della materia soffice in condizioni di flusso ben definite. Queste ultime includono il flusso di taglio in un apparato a piatti paralleli traslatori e il flusso di Poiseuille in canali di diversa sezione trasversale. Una parte importante dell’attività del gruppo è rivolta alla microfluidica e alle tecnologie lab-on-chip per studiare fluidi complessi che scorrono in reti di microcanali. Oltre ai vantaggi di richiedere piccoli volumi di campione e di presentare basse resistenze al trasporto, queste tecnologie possono riprodurre la geometria del flusso nella microcircolazione sanguigna, che è un esempio di sistema microfluidico ante litteram presente in natura.

Alcune delle tematiche oggetto dell’attività scientifica e delle pubblicazioni del gruppo di ricerca sono riportate di seguito:

  • sviluppo di metodi innovativi per la misura di proprietà interfacciali e reologiche
  • caratterizzazione del comportamento reo-ottico di emulsioni, soluzioni di surfattanti e fluidi biologici (e.g. sangue, muco, liquido seminale)
  • drug delivery nel microcircolo
  • microreattori in flusso
  • trasporto in mezzi porosi
  • processi a membrana
  • biofilm batterici
  • sferoidi e altri modelli cellulari tridimensionali
  • sviluppo ed applicazioni di biosensoristica basata su elettronica organica
  • electrospinning.

Dal punto di vista ingegneristico, la presenza di interfacce è alla base del complesso comportamento osservato in numerosi sistemi di rilevanza industriale ed è correlata a diverse proprietà, come la tensione interfacciale, che possono essere sfruttate in una vasta gamma di applicazioni. Il gruppo ha diverse collaborazioni scientifiche con aziende su temi di interesse industriale, come emulsioni, soluzioni di tensioattivi, sistemi biologici e microgel.

Laboratori e principali apparecchiature disponibili:

LABORATORIO DI REO-OTTICA

  • Stazione di microscopia time-lapse con controllo delle condizioni ambientali e videocamera ad elevata sensibilità per epifluorescenza
  • Microscopio rovesciato con videocamera ad elevata velocità di acquisizione
  • Cella di flusso a piatti paralleli con microscopio diritto e videocamera
  • Stereomicroscopio
  • Reattore al plasma
  • Celle di flusso e diffusive microfluidiche
  • Elettroforesi di proteine con sistema ChemiDoc
  • Sistemi microfluidici di filtrazione a membrana con pompe a pressione, a siringa e peristaltiche
  • Multimetro programmabile e probe station
  • Cappa chimica

LABORATORIO DI MICROSCOPIA

  • Microscopio confocale
  • Cappa biologica
  • Incubatore per colture cellulari
  • Microscopio rovesciato per epifluorescenza
  • Microscopio rovesciato di routine
  • Camera di Ussing

Pubblicazioni più rilevanti:

Principali progetti di ricerca finanziati:

  1. 2013-2016, “Delivery systems for the Nucleic Acid Based Drugs”, MIUR, Responsabile unità locale: Stefano Guido

  2. 2019-2022 “Biofilms from an interdisciplinary perspective”, ESA Topical Team, European Space Agency, coordinatore europeo: Sergio Caserta.

  3. 2019 – 2021 “Biosensing through Immuno-microfluidics”, STAR 2019, Principal investigator: Valentina Preziosi.

  4. 2020-2022 “Rilevamento ed amplificazione della presenza di immunoglobuline in sangue affetto da COVID-19 con l’uso di biosensori”, FISR 2020, Principal Investigator: Valentina Preziosi.

  5. 2021-2023 “ROTOR: Ruolo delle condizioni ambientali sulla motilità batterica e sulla formazione di biofilm”, FRA 2020, Principal Investigator: Sergio Caserta.

  6. 2022-2024 “Role of gravity and shear stress on bacterial motility and biofilm morphology”, OSIP 2021, European Space Agency, Principal Investigator: Sergio Caserta.

  7. 2019-2021 “Cervical mucus viscoelasticity as a quantitative marker of fertility”, PON 2014-2020, MIUR, Responsabile scientifico: Stefano Guido.

  8. 2017-2019“A microfluidic based organ-on-chip platform to test the flow-enhancement effect on Injectable drug carriers transport efficiency”, Programma per il Finanziamento della Ricerca di Ateneo (DR 3450-2016). Responsabile scientifico: Giovanna Tomaiuolo.

  9. 2022-2025 European Erasmus project “SpaceEdu”. Responsabili scientifici: Sergio Caserta e Stefano Guido

Partnership:

  1. CEINGE
  2. Procter&Gamble
  3. ENI-Versalis

Settore/i ERC (European Research Cuncil):

  1. PE8
    Product design, process design and control, construction methods, civil engineering, energy processes, material engineering

Parole chiave:

Flusso
Materia soffice
Fluidi biologici
Interfacce
Microscopia
Analisi delle immagini
Microfluidica
Reologia
Fenomeni di trasporto
Termodinamica
Sensoristica
Processi di membrana

Docenti e ricercatori:

Sergio Caserta

Stefano Guido

Valentina Preziosi

Giovanna Tomaiuolo

Assegnisti di Ricerca e Dottorandi:

  1. Rosalia Ferraro
  2. Daniele Marra
  3. Carmine Schiavone
  4. Eleonora Pero
  5. Irene Perna
  6. Fabiana Gallo 

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