Un “naso chimico” per rilevare inquinanti nell’ambiente

Ricercatori europei hanno unito le loro forze nel progetto INITIO INnovative chemIcal sensors for enanTioselective detectIon of chiral pOllutants”, nell’ambito del programma FET (Future and Emerging Technologies) in Horizon2020 (Call FETOPEN 2018-2020), per sviluppare un “naso chimico” di nuova generazione capace di rilevare i cosiddetti “inquinanti emergenti”, ovvero sostanze che non sono ancora normate per legge ma che hanno il potenziale per entrare nell'ambiente e causare effetti nocivi sull'ambiente e sulla salute umana. Il progetto, coordinato dall’Ateneo di Roma “Tor Vergata” ha ottenuto un finanziamento totale pari a 2.930.000 di Euro e avrà una durata di 36 mesi.

Una delle questioni frequentemente ignorate, nell’ambito della presenza di inquinanti nell’ambiente, è legata al fatto che molti pesticidi e medicinali sono molecole “chirali” (dal greco χείρ, "mano"), ovvero possono esistere in due strutture speculari non sovrapponibili, come accade alle nostre mani (la destra è speculare alla sinistra, e viceversa). Le due forme della stessa molecola per loro natura possono essere identificate in due tipi, definite enantiomeri (dal greco “enantìos”, “opposto”, e “méros”, “parte”), e il loro diverso orientamento nello spazio fa sì che, se colpite da un fascio di luce polarizzato, questo venga deviato verso destra o verso sinistra.

"Nonostante le due versioni della stessa specie chimica sembrino identiche dal punto di vista della loro struttura molecolare possono avere proprietà differenti e dunque avere comportamenti del tutto diversi. Questo rende molto difficile sia identificarle che rimuoverle in maniera selettiva - ci spiega il coordinatore del progetto, il prof. Roberto Paolesse, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche dell’Università di Roma “Tor Vergata” -. In tema di inquinamento, due versioni speculari della stessa molecola possono avere un impatto ambientale molto differente, ovvero una forma molecolare può essere molto più tossica dell’altra. Inquinanti chirali sono presenti in pesticidi, erbicidi, fungicidi, sostituti del freon, coloranti, idrocarburi policiclici aromatici, bifenili clorurati, antibiotici e in molti altri farmaci. Una volta dispersi nell’ambiente, per molti di loro non si conosce il reale impatto ambientale. Ad esempio – continua il professore - l’ibuprofene, un medicinale molto diffuso, è una specie chirale, ma solo l’enantiomero S ha la funzione antidolorifica. Il farmaco è venduto come racemo, ovvero come miscela sia della forma attiva che dell’immagine speculare non attiva. Data la grande diffusione di tale farmaco, venduto in grande quantità, quando viene immesso nell’ambiente dopo l’uso può entrare nel circolo alimentare, sia dell’uomo che degli animali. I potenziali effetti tossici non sono ancora completamente valutati, visto che in genere si misura la concentrazione totale dell’ibuprofene e non quale delle sue due forme sia effettivamente presente".

L’obiettivo del progetto INITIO è sviluppare, dapprima, materiali nano-strutturati che agiscano come recettori, ovvero che abbiano la capacità di legare, selettivamente, la versione inquinante della molecola e, successivamente, integrare tali nano-strutture in sensori chimici innovativi, in modo che tali dispositivi possano rilevare la presenza di inquinanti e, in futuro, anche rimuoverli selettivamente.

Nel complesso il partenariato del progetto è composto da sei università e due aziende.  Oltre a “Tor Vergata”, sono presenti il “Trinity College” (Irlanda), l’“Institute of Chemistry and Biology of Membranes and Nano-objects (CNRS)” dell’Università di Bordeaux (Francia), la “Tallinn University of Technology” (Estonia) e l’“Università di  Jyväskylä” (Finlandia), che si occuperanno della caratterizzazione dei materiali nano-strutturati, e l’Università del Salento (Italia), che trasferirà i materiali nanostrutturati sulla superficie dei sensori. Le aziende “Interspectrum” OU (Estonia) ed “Eurochem Italia” collaboreranno alla realizzazione dei dispositivi e ai test per le applicazioni sul campo. Il Gruppo Sensori dell’Università di “Tor Vergata”, costituito da ricercatori del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche e dal Dipartimento di Ingegneria Elettronica, coordina il progetto occupandosi sia della preparazione dei materiali che dello sviluppo dei sensori e della realizzazione dei dispositivi da utilizzare.

"Il progetto INITIO è una eccitante sfida per lo sviluppo di nuove tecnologie in ambito europeo - conclude il prof. Paolesse -. Inoltre, gli obiettivi del progetto incontrano la Missione e la Visione dell’Ateneo “Tor Vergata” a favore di uno sviluppo sostenibile, con esplicito richiamo agli obiettivi per lo sviluppo sostenibile e relativi traguardi, individuati dalle Nazioni Unite, da raggiungere entro il 2030".