Sensori per la chirurgia a guida ottica dalle antenne molecolari di silicio Unibo

Trasformare le antenne molecolari di silicio nate all'Università di Bologna in sensori utili per la chirurgia a guida ottica e per lo studio di funzioni biologiche su tessuti e cellule. È l’obiettivo di SiNBioSys, il nuovo progetto di ricerca europeo guidato da Paola Ceroni, professoressa al Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Alma Mater.

SiNBioSys parte dai risultati di PhotoSi, progetto ERC a guida Unibo che ha sviluppato particolari antenne molecolari utilizzando nanoparticelle di silicio decorate in superficie con dei coloranti. Nate inizialmente per la conversione dell’energia solare, queste antenne molecolari hanno presto rivelato anche interessanti possibili applicazioni in campo biomedico.

L’obiettivo del nuovo progetto SiNBioSys – un altro ERC Unibo, questa volta del tipo “Proof of Concept”, pensato per sviluppare idee di brevetto – è quindi utilizzare le antenne molecolari di silicio come sensori per lo studio di funzioni biologiche su tessuti e cellule e nel campo della chirurgia a guida ottica. Avere un’immagine in tempo reale del campo operatorio potrebbe infatti essere di grande aiuto per il chirurgo nel momento in cui deve decidere quali tessuti asportare (ad esempio tessuti tumorali) e quali preservare (ad esempio vasi sanguigni e nervi).

Un progetto certamente ambizioso, che si fonda però su risultati scientifici incoraggianti. “L’idea iniziale – spiega Paola Ceroni, la docente Unibo alla guida di SiNBioSys – era sfruttare le nanoparticelle di silicio per la conversione di energia solare. Strada facendo ci siamo accorti però che queste antenne molecolari basate sul silicio hanno anche proprietà potenzialmente utili in campo biomedico, in particolare per l'imaging ottico, un equivalente della risonanza magnetica in cui si usa la luce per indagare il sistema biologico di interesse. Le peculiari proprietà ottiche di queste nanoparticelle permettono infatti di aumentare la risoluzione e il contrasto delle immagini ottenute”.

Come funzionano le antenne molecolari di silicio
Il silicio è un semiconduttore ampiamente usato nella vita di tutti i giorni come componente primario dei circuiti elettronici e dei pannelli fotovoltaici. Ha ottime proprietà elettriche, ma le sue proprietà ottiche sono scarse. Non a caso, per assicurare un elevato assorbimento della luce solare nelle celle fotovoltaiche è necessario usarne uno strato abbastanza spesso. Inoltre, il silicio non è luminescente, cioè non è in grado di emettere luce, come avviene per esempio con i LED.

Queste proprietà ottiche del silicio, però, cambiano drasticamente quando si passa da un livello macroscopico a nanocristalli delle dimensioni di pochi nanometri (2-10 nm, ovvero 2-10 miliardesimi di millimetro). I nanocristalli di silicio sono altamente luminescenti e il colore della luminescenza cambia al variare delle dimensioni. Per esempio, nanocristalli delle dimensioni di 3 nm emettono nel rosso, mentre quelli di 5 nm emettono ad energia più bassa nella regione del vicino infrarosso.

Nonostante tutto questo, anche nella forma di nanocristalli il silicio non è in grado di assorbire la luce in maniera efficiente. Per risolvere questo problema il gruppo di ricerca ha quindi pensato di costruire delle antenne molecolari, che ora potrebbero diventare l’ingrediente fondamentale per creare sensori utili alla chirurgia a guida ottica.

SiNBioSys: il primo ERC “Proof of Concept” dell’Alma Mater
SiNBioSys è il primo progetto ERC del tipo “Proof of Concept” vinto da un team dell’Università di Bologna. A differenza degli altri tipi di progetti, questo programma non finanzia semplicemente la ricerca, ma mira ad avvicinare la ricerca al mercato, valorizzandone al massimo, in ambito commerciale o sociale, i risultati.

L’obiettivo è quindi quello di far maturare una tecnologia di eccellenza nata all’Alma Mater – le antenne molecolari di silicio – per renderla più trasferibile. Per realizzarlo si lavorerà per validare la tecnologia sia dal punto di vista scientifico che da quello commerciale, valutando le opportunità di business per la creazione di nuove imprese e per il trasferimento a partner commerciali.

Per questo, il progetto sarà realizzato da un team multidisciplinare che, oltre al gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”, comprende altre due unità dell’Alma Mater: il Dipartimento di Scienze Aziendali, che si occuperà delle analisi di mercato per il trasferimento della nuova tecnologia, e il Knowledge Transfer Office, che ne supporterà la valorizzazione.