Lab on a chip per sensing di nanoparticelle in soluzioni acquose

Recentemente, il rilascio nell’ambiente di microplastiche (MPs), nanoplastiche (NPs) e di aggregati metallici di taglia sub-micrometrica ha destato crescente preoccupazione all’interno della comunità scientifica. La contaminazione di ecosistemi sia terrestri che acquatici è ampiamente documentata, in particolare per quanto riguarda l’inquinamento da microplastiche, con studi recenti che ne riportano la presenza all’interno di alimenti comunemente consumati, inclusa l’acqua potabile. La rilevazione rapida, accurata e sul campo di contaminati acquatici è fondamentale per permettere processi di environmental sensing efficaci e tempestivi. Alcune tecniche sono state proposte per la rilevazione e l’identificazione di MPs e NPs, ad esempio spettroscopia µRaman, µFTIR e SEM imaging, sebbene molte di queste richiedano tempi ingenti e siano sconvenienti dal punto di vista della strumentazione necessaria e dei relativi costi. Tra le varie metodologie, i sensori basati su nanoparticelle d’oro (AuNP) possiedono le potenzialità per rilevare metalli pesanti, tossine e inquinanti organici e inorganici dispersi in acqua in maniera rapida e con adeguata sensibilità. In tale ambito, la microfluidica svolge un ruolo chiave permettendo non solo di utilizzare ridotti volumi di fluido (dal nL al pL) ma anche di garantire ridotta perturbazione del campione di fluido investigato e, in prospettiva, elevate integrabilità e portabilità. Il lavoro di tesi si inquadra in questa tematica di ricerca e prevede l'impiego di una piattaforma optofluidica integrata in Niobato di Litio, con lo scopo di verificare la rilevabilità di nanoparticelle di Au e polimeriche in gocce di acqua disperse in una fase continua immiscibile con l'acqua. Il dispositivo integra sullo stesso substrato uno stadio microfluidico, per la generazione di gocce, e uno stadio ottico, ovvero un array di guide d’onda in configurazione Mach-Zehnder perpendicolari al canale microfluidico principale. L’accoppiamento di luce laser (532 nm) alla singola guida permette la rilevazione in tempo reale degli oggetti che scorrono all’interno del canale e lo studio della risposta data dall’interazione tra luce confinata e oggetti dispersi nelle singole gocce. L'attività prevede perciò l'acquisizione di competenze di microfluidica e ottica integrata; a seconda dei risultati raggiunti l'attività sarà affiancata a tecniche di imaging iperspettrale.