Rilevamento affidabile di gas altamente tossici direttamente sul campo
I materiali bioibridi costituiti da particelle di silice e peptidi selettivi sono destinati a consentire il rilevamento in loco tramite un dispositivo portatile
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Che si tratti di incidenti chimici, siti contaminati o impiego di agenti di guerra chimica, i gas pericolosi devono essere rilevati in modo rapido e affidabile. Ciò che finora è stato possibile solo attraverso metodi complessi o imprecisi è destinato a diventare, in futuro, semplice e affidabile direttamente sul posto grazie a materiali appositamente progettati. Nell’ambito del progetto di ricerca ProtecKD, l’Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC e i suoi partner stanno sviluppando un innovativo sistema di sensori basato su materiali bioibridi, progettato per rilevare in futuro sostanze altamente tossiche con estrema sensibilità. Ciò consentirà in futuro alle squadre di pronto intervento di valutare le situazioni di pericolo in modo più rapido e preciso. Il progetto è finanziato dal Ministero Federale della Ricerca, della Tecnologia e dello Spazio (BMFTR).
ProtecKD – il concetto: materiali sensoriali bioibridi come sistema “lab-on-a-chip” integrato in un dispositivo portatile a fluorescenza per il rilevamento precoce di agenti di guerra chimica e sostanze pericolose.
© Projekt ProtecKD
Durante gli interventi contro gas pericolosi e agenti di guerra chimica come il sarin, l’iprite o la cloropicrina, gli operatori di emergenza devono essere in grado di identificare le minacce in modo rapido e sicuro. Anche le concentrazioni più basse possono causare gravi danni alla salute o essere letali. Pertanto, il loro rilevamento rapido, semplice e affidabile è fondamentale per la sicurezza degli operatori di emergenza e della popolazione.
I metodi attualmente disponibili per l’analisi in loco durante gli interventi sono spesso imprecisi o poco pratici. I metodi più precisi e affidabili sono complessi e possono essere eseguiti solo in laboratori specializzati. Di conseguenza, è difficile valutare in modo affidabile il pericolo durante un intervento.
Materiali sensoriali bioibridi per il rilevamento rapido in loco
Nel progetto di ricerca ProtecKD, i partner stanno lavorando a un dispositivo portatile in grado di rilevare direttamente e rapidamente gas altamente tossici utilizzando nuovi materiali bioibridi. Un aspetto innovativo del concetto ProtecKD è la combinazione di unità di rilevamento biologiche con nanoparticelle inorganiche che formano microparticelle stabili e altamente funzionali. Queste uniscono le proprietà dei materiali su scala nanometrica a una maneggevolezza notevolmente maggiore. Il Fraunhofer ISC apporta la sua pluriennale esperienza nel campo delle particelle funzionalizzate.
Lavoro di squadra per una maggiore sicurezza
Quattro istituti di ricerca e aziende collaborano strettamente all’interno del team di progetto: il coordinatore del progetto Fraunhofer ISC, JPT Peptide Technologies, l’Istituto della Bundeswehr per le Tecnologie di Protezione e la Protezione CBRN (WIS) e Noxoon GmbH.
Presso il Fraunhofer ISC, le particelle vettrici vengono sintetizzate a partire dal biossido di silicio — un minerale presente in natura in grandi quantità, ad esempio nella sabbia — e combinate con speciali molecole proteiche note come peptidi. Queste proteine vengono fissate sulla superficie delle particelle appositamente funzionalizzate e reagiscono in modo specifico a determinati gas emettendo fluorescenza, ovvero luce. Si ottiene così un materiale bioibrido. Il partner di progetto JPT è responsabile della sintesi di questi peptidi selettivi. Utilizzando vari peptidi che reagiscono in modo specifico a diversi gas, è possibile integrare più campi sensoriali in un sistema di analisi miniaturizzato basato su chip (lab-on-a-chip). Il partner di progetto Noxoon è responsabile della realizzazione del dispositivo di rilevamento, che integra tutti i componenti. La caratterizzazione dei componenti sintetizzati e i test con vari agenti di guerra chimica e sostanze pericolose in condizioni realistiche vengono effettuati dal partner di progetto WIS.
ProtecKD punta alla facilità d’uso
Il chip del sensore bioibrido viene inserito nel dispositivo di rilevamento. Sia la misurazione ottica che l’analisi automatica vengono eseguite direttamente all’interno del dispositivo, fornendo risultati affidabili alle squadre di pronto intervento in tempi brevi. Rilevatori sensibili catturano le variazioni di fluorescenza; i segnali vengono valutati tramite algoritmi di autoapprendimento e mostrano immediatamente all’utente il tipo di gas rilevato e le relative informazioni di allerta. In questo modo, il dispositivo di rilevamento portatile è destinato a fornire un supporto rapido e affidabile per le operazioni mobili.
Un vantaggio fondamentale di questo approccio è che i peptidi ingegnerizzati chimicamente reagiscono in modo altamente selettivo e preciso a gas specifici e ad agenti di guerra chimica. Grazie alla geometria ottimizzata del sensore del sistema «lab-on-a-chip», queste sostanze possono essere rilevate con una sensibilità eccezionale. Ciò consentirà di rilevare e valutare in modo affidabile anche quantità minime.
Un altro vantaggio è la digitalizzazione end-to-end. Tutti i dati relativi ai materiali e alle misurazioni vengono registrati e archiviati in formato leggibile da macchina. ProtecKD è collegato all’iniziativa “Material digital” del BMFTR. Il Fraunhofer ISC garantisce la digitalizzazione senza soluzione di continuità dei dati sui materiali grazie alla sua competenza in materia di “Material digital”.
Maggiore protezione per il personale di pronto intervento e la popolazione
Il rilevamento rapido e affidabile di sostanze chimiche altamente tossiche può ridurre significativamente i tempi di risposta. Gli operatori di emergenza possono avviare misure di protezione in modo più mirato, valutare le situazioni di pericolo con maggiore precisione ed evitare inutili blocchi o evacuazioni. Ciò consente un impiego più efficiente delle risorse umane e materiali.
Trasferibile ad altri ambiti applicativi
Ciò che funziona per le esigenze estreme delle operazioni contro i gas pericolosi e gli agenti di guerra chimica può essere ulteriormente sviluppato anche per altri ambiti di applicazione. Per il consorzio del progetto, le applicazioni ipotizzabili includono, ad esempio, il monitoraggio ambientale e la sicurezza industriale nell’uso e nello stoccaggio di sostanze chimiche industriali, principi attivi farmaceutici o esplosivi. ProtecKD potrebbe quindi contribuire a rafforzare la competitività internazionale della Germania nel campo delle tecnologie di sicurezza e protezione.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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