Dispositivo opto-microfluidico in Niobato di Litio per la caratterizzazione di gocce con nanoparticelle d’Oro

La microfluidica è un campo di ricerca interdisciplinare che si occupa di produrre e studiare gocce su scala micrometrica. L'interesse che la microfluidica suscita è legato al controllo e al trasporto di piccole quantità di liquido, all'interno delle quali è possibile ad esempio far avvenire reazioni chimiche e trasportare campioni biologici o marcatori diagnostici. In particolare, l'obiettivo della microfluidica è rivolto principalmente alla realizzazione di dispositivi miniaturizzati detti Lab-On-a-Chip (LOC), su cui ridurre tutte le operazioni di sintesi, separazione e analisi che usualmente richiederebbero diversi apparati di misura. Tuttavia, per analisi ottiche (come l'imaging delle gocce o la rivelazione di fotoni emessi in reazioni chimiche) occorre avvalersi di ingombranti microscopi e fotocamere che eliminano i vantaggi ottenuti con la miniaturizzazione, tra cui in particolare la portabilità. Per questo motivo, risulta dirimente integrare completamente su piccole dimensioni lo stadio ottico con quello microfluidico, obiettivo raggiunto negli ultimi anni mediante la realizzazione di Lab-On-a-Chip in Niobato di Litio. Questo materiale presenta infatti ottime proprietà ottiche per la realizzazione di guide d'onda, con cui poter rilevare le gocce prodotte in un canale microfluidico e il loro contenuto. Notevole interesse in tale campo suscita la produzione di gocce contenenti nanoparticelle. Anche la nanoscienza è un recente campo di ricerca multidisciplinare che abbraccia diverse scienze quali la chimica, la fisica e l'ingegneria, con lo scopo di controllare la materia a dimensioni al di sotto di 100 nanometri. Numerose sono infatti le possibili applicazioni che emergono con il passaggio alla nanoscala. In ambito medico, ad esempio, le nanoparticelle hanno un grandissimo potenziale per via della loro elevata capacità di penetrazione: le loro piccole dimensioni permettono alle nanoparticelle non solo di entrare in una cellula, ma anche di interagire con i suoi componenti biologici. Di conseguenza esse possono avere importanti applicazioni biomedicali sia a livello diagnostico (identificazione di tessuti danneggiati) sia per terapia selettiva (trasporto di farmaci). Il lavoro di questa tesi consiste nella caratterizzazione ottica di gocce contenenti nanoparticelle d'Oro mediante un dispositivo opto-microfluidico completamente integrato in Niobato di Litio. Lo studio è rivolto alla comprensione di come nanoparticelle d'Oro confinate in una goccia micrometrica interagiscono con un fascio luminoso, osservando il cambiamento del segnale ottico trasmesso dalle gocce al variare della dimensione e della concentrazione delle nanoparticelle al loro interno. Il fine ultimo del progetto entro cui si inserisce questa tesi è l'ottenimento di un rivelatore di nanoparticelle in diametro e densità. Particolare attenzione è posta inoltre al processo di realizzazione del dispositivo opto-microfluidico, caratterizzandone la qualità e la riproducibilità dei diversi passaggi fabbricativi.