Progetti Eccellenza

Attività di ricerca in Progetti ERC, Progetti Europei ad essi connessi come tematica, Progetti EU Flagship, Network Marie Curie

Presso il DISAT svolgono la loro attività di ricerca tre docenti finanziati recentemente dallo European Research Council (ERC): due Starting Grants e un Consolidator Grant, tutti in corso fino al periodo 2019-2021, a seconda del progetto.

Due di questi progetti ERC (Trojan NanoHorse, 1,5M€, e BOOST, 2M€) sviluppano materiali alla nano- e micro-scala per applicazioni biomedicali nel settore della lotta contro il cancro e contro l’osteoporosi. Le attività di ricerca di entrambi i progetti richiedono lo svolgimento di analisi su campioni nanometrici e validazioni biologiche per le quali la presenza di microscopi in tramissione a risoluzione atomica e di un microscopio confocale sarebbero di particolare rilevanza: la mancanza di tale tipo di strumentazione impone alle Principal Investigators la movimentazione di campioni per l’esecuzione delle osservazioni a tali microscopi, con perdite di efficienza e di autonomia nello svolgimento delle attività di ricerca. Recentemente il MIUR ha finanziato il progetto GRACE nell’ambito di “FARE Ricerca in Italia” - Framework per l’Attrazione e il Rafforzamento delle Eccellenze per la Ricerca in Italia. Tale progetto affiancherà in modo sinergico il progetto ERC BOOST, essendo attribuito alla stessa Principal Investigator, e si occuperà di sviluppare nanocapsule per il rilascio controllato di fattori di crescita ossei: anche in questo caso le attività previste potranno essere svolte in modo più rapido ed efficace in presenza di un centro di microscopia all’avanguardia.

Il terzo progetto finanziato dall’ERC (INTHERM, 1,4 M€, Starting Grant quinquennale) è focalizzato sulla progettazione, realizzazione e controllo di interfacce termiche tra nanoparticelle di grafene per aumentare l’efficienza di scambio di calore attraverso materiali nanocompositi a base di grafene. Tale progetto richiede una continua caratterizzazione microscopica/nanoscopica dei materiali, attualmente condotta pressi centri di microscopia esteri, con notevoli limitazioni nelle tempistiche di analisi, sull’interpretazione dei risultati e, più in generale, sullo sviluppo del progetto. La ricerca necessita di microscopia avanzata, con possibilità di mappatura composizionale con risoluzione nanoscopica: la tecnica attualmente utilizzata è la microscopia a forza atomica (Atomic Force Microscopy-AFM) accoppiata con un fascio di radiazione infrarossa.

Il DISAT è inoltre parte del progetto Flagship Graphene  che raggruppa oltre 150 partner europei all’avanguardia nella sintesi e ingegnerizzazione di materiali e dispositivi a base grafene: DISAT è incaricato di sviluppare rivestimenti nanostrutturati su film polimerici per la barriera ai gas e su schiume polimeriche per la protezione al fuoco. Lo studio dell’organizzazione del grafene sulla superficie richiede tecniche microscopiche all’avanguardia, oggi non disponibili all’interno del Dipartimento, e quindi attualmente demandate ad altri partner del consorzio.

A questi progetti di eccellenza si affiancano nel DISAT altri due progetti Horizon 2020 - Industrial leadership, MOZART  e MODCOMP, su tematiche legate ai progetti ERC Trojan NanoHorse e Boost, ovvero lo sviluppo di materiali altamente nanostrutturati, spaziando dalla preparazione e caratterizzazione al controllo delle proprietà di nanomateriali avanzati 2D (grafene) e 3D (nanoparticelle cristalline o amorfe nanoporose). L’utilizzo di tecniche di microscopia elettronica avanzata è nuovamente fondamentale per l’implementazione ottimale delle attività previste. Va comunque sottolineato come la quasi totalità delle attività di ricerca condotte in DISAT trarrebbe significativo vantaggio dalla presenza di un centro di microscopia avanzata.

Tra gli altri progetti attivi in DISAT e attinenti alla proposta in oggetto si ricordano (i) il progetto POR NanoMax, relativo alla nanomedicina, (ii) il cluster del MISE intitolato SEADOG, che utilizza anche nanomateriali per il monitoraggio marino, (iii) il progetto NUMEN dell’INFN, che tratta di reazioni di doppio scambio di carica di fisica nucleare, e (iv) il progetto ALICE ITSupgrade, anch’esso dell’INFN, che tratta lo studio di collisioni tra ioni pesanti ultrarelativistici di fisica nucleare.

Il DISAT ospita inoltre il Network Europeo Marie Curie ETN-ITN Cloud Microphysics, Turbulence and Telemetry (2016-2020, 3.5 M€) il cui obiettivo principale è incrementare le conoscenze di base sulla microfisica delle nuvole tiepide per mezzo di esperimenti di laboratorio, osservazioni al vero e simulazioni numeriche. In questo network una particolare attenzione è posta allo studio della nucleazione spontanea ed all’accrescimento per condensazione-coalescenza delle gocce d’acqua entro le nuvole, un complesso fenomeno fisico-chimico allo stato attuale non ancora completamente compreso. L’osservazione dettagliata mediante tecniche di microscopia avanzata (microscopia elettronica a scansione, tipo ESEM) degli stadi iniziali (<100nm) della nucleazione spontanea di gocce d’acqua, sia quando queste sono generate in laboratorio nelle diverse possibili condizioni di parametrizzazione che quando sono prelevate da campioni ottenuti durante campagne di misura sul campo, è determinante per l’acquisizione di nuove conoscenze sulla microfisica interna alle nuvole, e quindi per lo sviluppo di nuovi modelli matematici e tecniche di simulazione numerica.

Il DISAT coordina il Network Europeo Marie Curie ETN CoACH: Advanced glasses, Composites And Ceramics for High growth industries (2015-2018, 3,9 M€). CoACH è un programma di formazione innovativo nell’ambito dei materiali vetrosi, ceramici e compositi per settori strategici quali salute, energia, ICT e ambiente con l’obiettivo di sviluppare materiali con proprietà antibatteriche, per il recupero e/o la produzione di energia, sensori per ambienti estremi e materiali da costruzione prodotti da scarti industriali. La microscopia avanza è, ovviamente, anche in questo caso di estrema importanza per l’analisi della nanostruttura e per comprendere la relazione fra questa e le proprietà meccaniche, termoelettriche e ottiche dei nuovi materiali.

Il DISAT ospita anche AMITIE “Additive Manufacturing Initiative for Transnational Innovation in Europe”, progetto MSCA (Marie Sklodowska-Curie Actions) - RISE (Research and Innovation Staff Exchange), per il quale l’accesso quotidiano a un laboratorio di Microscopia avanzata sarebbe di importanza cruciale, soprattutto per le attività previste nell’ambito del WP "New or enhanced properties & design” del quale il DISAT è responsabile.