Estrazione e funzionalizzazione di nanocellulosa da tunicati della Laguna Veneta

Tunicates are globally widespread marine animals, members of the subphylum Tunicata, which live attached to solid substrates, where they use filtration for feeding and respiration. These animals possess a tissue, called “tunic”, which contains cellulose. Tunicate cellulose is characterized by peculiar properties and its extraction does not require the treatment of compounds difficult to remove, such as lignin and hemicellulose. These characteristics make tunicates an alternative source to plant and bacteria for extraction of cellulose. The aim of this project is to optimize the extraction process of cellulose from tunicates and to functionalize this biopolymer to obtain materials of industrial interest. The extraction method applied during this work is ecofriendly and does not require chlorinated bleaching. Nanocellulose was obtained from three tunicates species available in Venetian Lagoon: Ascidiella Aspersa, Phallusia Mammillata e Ciona Intestinalis. Phallusia Mammillata resulted to be the species with the highest extraction yield. Meanwhile, in collaboration with the Institute of Condensed Matter Chemistry and Technology for Energies (ICMATE-CNR) the attempt to obtain a nanocellulose based positive charged film was carried out, which could be used as a matrix material for neuronal cell culturing. To introduce cationic groups on biopolymer surface, tunicate cellulose was subjected to two different synthesis strategies: one based on reaction between an epoxydic compound (EPTMAC), and the other, based on the conjugation reaction between cellulose and a peptide containing lysine (CWKK). Deposition test on nanosized ALD- deposited TiO2 surfaces was also performed with some of the synthetized samples

I tunicati sono animali marini facilmente reperibili che vivono adesi a substrati solidi nelle acque costiere, dove trascorrono la loro vita come filtratori. La particolarità di questi animali sta nel rivestimento esterno che possiedono, la tunica, ricco in cellulosa, unico esempio di produzione di cellulosa nel mondo animale. Le peculiari proprietà del materiale cellulosico contenuto in questi animali e l’assenza di composti di difficile rimozione quali lignina ed emicellulose rendono i tunicati delle interessanti fonti alternative da cui ottenere questo biopolimero. Lo scopo di questo progetto di tesi è stato ottimizzare il processo di estrazione della cellulosa dai tunicati e funzionalizzarla per possibili applicazioni in ambito industriale. I metodi di estrazione impiegati non hanno richiesto l’utilizzo di agenti sbiancanti clorurati o di severe condizioni di reazione e hanno permesso di ottenere cellulosa nanometrica a partire dalla tunica di tre specie di tunicati presenti nella Laguna Veneta: Ascidiella aspersa, Phallusia mammillata e Ciona intestinalis. La specie con la miglior resa di reazione è la Phallusia Mammillata, la quale, inoltre, è risultata più facile da trattare. Parallelamente, in collaborazione con l’Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia (ICMATE-CNR) dell’Area della Ricerca CNR di Padova, si è cercato di sfruttare la biocompatibilità di questo biopolimero per ottenere film nanometrici e carichi positivamente, in grado di fungere da matrice di crescita cellulare, con il proposito di utilizzarli per i rivestimenti di interfacce neuronali. A tale scopo, si è sottoposta la cellulosa estratta da tunicati a due diverse strategie di sintesi per introdurre lungo la catena polimerica dei gruppi funzionali carichi positivamente: uno basato sulla reazione tra la cellulosa ed un composto epossidico (EPTMAC), ed uno consistente nell’attacco lungo la catena di un polipeptide contenente lisina (CWKK). Sono inoltre state eseguite delle prove di deposizione delle sospensioni di II nanocellulosa funzionalizzata su superfici di film nanometrici biocompatibili di TiO2 ottenuti attraverso Atomic Layer Deposition (ALD)