Negli ultimi decenni l’interesse nei confronti dei micro e nanodispositivi è profondamente cresciuto in ambito accademico ed industriale. In particolare l’utilizzo di nuovi nanomateriali basati sulla tecnologia del silicio poroso ha assunto una crescente importanza in molte applicazioni industriali, specialmente nella fabbricazione di filtri molecolari, catalizzatori e componenti per la sensoristica (1). Nella maggior parte dei casi tali nanomateriali silicei sono prodotti attraverso procedure che prevedono la caratterizzazione delle loro proprietà chimico-fisiche e la standardizzazione di approcci ingegneristici per la loro microlavorazione a livello industriale (1). Un differente approccio consiste nell’individuazione di nanostrutture ad elevata periodicità in organismi viventi(2). Le microalghe rappresentano un classico esempio di organismi unicellulari nelle quali possono essere identificate complesse nanostrutture (3, 4). Fra queste le Bacillariophyta, comunemente note come diatomee, sono particolarmente interessanti a motivo delle loro pareti cellulari silicee consistenti in due unità indipendenti, definite valve, connesse in una struttura nota come frustulo. Le superfici valvari dei frustuli mostrano arrangiamenti regolari e specie-specifici di microcamere sviluppate nello spessore del frustulo, o areole, il cui significato funzionale è ancora ignoto(5). Nel presente lavoro le proprietà ottiche dei frustuli di due specie di diatomee centriche, Coscinodiscus wailesii and Thalassiosira rotula, sono state investigare, mediante simulazioni numeriche e procedure sperimentali, nell’ ottica di individuare possibili applicazioni nanofotoniche. Per entrambi le specie è stata effettuata una caratterizzazione morfometrica dell’ultrastruttura valvare e della relativa distribuzione geometrica delle areole mediante microscopia elettronica a scansione. Successivamente, T. rotula è stata testata come un microsensore di gas e vapori monitorando i suoi spettri di fotoluminescenza in differenti ambienti gassosi controllati. I pattern di areolae ad elevata periodicità delle valve di C. walesii sono stati invece testati come potenziali cristalli fotonici e fibre fotoniche naturali. I risultati ottenuti dimostrano che entrambi le specie si prestano alla realizzazione di innovativi materiali biologici per applicazioni micro e nanotecnologiche. 1) De Stefano, L., Rendina, I., Moretti, L. & Rossi, A.M. (2003). Sensor and Actuators, 104(2): 179-182. 2) Vukusic, P. & Sambles J. R. (2003). Nature, 424: 852-855. 3) De Stefano, M. & De Stefano, L. (2005). J. Nanosc. Nanotech., 5: 15-24. 4) Hamm, C. E. (2005). J. Nanosc. Nanotech., 5(1): 108-119. 5) Round, F. E., Crawford, R. M. & Mann, D. G. (1990). Cambridge University Press, Cambridge.
Caratterizzazione morfo-funzionale e potenziali applicazioni di diatomee (Bacillariophyta) come nanodispositivi ottici naturali
DE STEFANO, Mario;
2006
Abstract
Negli ultimi decenni l’interesse nei confronti dei micro e nanodispositivi è profondamente cresciuto in ambito accademico ed industriale. In particolare l’utilizzo di nuovi nanomateriali basati sulla tecnologia del silicio poroso ha assunto una crescente importanza in molte applicazioni industriali, specialmente nella fabbricazione di filtri molecolari, catalizzatori e componenti per la sensoristica (1). Nella maggior parte dei casi tali nanomateriali silicei sono prodotti attraverso procedure che prevedono la caratterizzazione delle loro proprietà chimico-fisiche e la standardizzazione di approcci ingegneristici per la loro microlavorazione a livello industriale (1). Un differente approccio consiste nell’individuazione di nanostrutture ad elevata periodicità in organismi viventi(2). Le microalghe rappresentano un classico esempio di organismi unicellulari nelle quali possono essere identificate complesse nanostrutture (3, 4). Fra queste le Bacillariophyta, comunemente note come diatomee, sono particolarmente interessanti a motivo delle loro pareti cellulari silicee consistenti in due unità indipendenti, definite valve, connesse in una struttura nota come frustulo. Le superfici valvari dei frustuli mostrano arrangiamenti regolari e specie-specifici di microcamere sviluppate nello spessore del frustulo, o areole, il cui significato funzionale è ancora ignoto(5). Nel presente lavoro le proprietà ottiche dei frustuli di due specie di diatomee centriche, Coscinodiscus wailesii and Thalassiosira rotula, sono state investigare, mediante simulazioni numeriche e procedure sperimentali, nell’ ottica di individuare possibili applicazioni nanofotoniche. Per entrambi le specie è stata effettuata una caratterizzazione morfometrica dell’ultrastruttura valvare e della relativa distribuzione geometrica delle areole mediante microscopia elettronica a scansione. Successivamente, T. rotula è stata testata come un microsensore di gas e vapori monitorando i suoi spettri di fotoluminescenza in differenti ambienti gassosi controllati. I pattern di areolae ad elevata periodicità delle valve di C. walesii sono stati invece testati come potenziali cristalli fotonici e fibre fotoniche naturali. I risultati ottenuti dimostrano che entrambi le specie si prestano alla realizzazione di innovativi materiali biologici per applicazioni micro e nanotecnologiche. 1) De Stefano, L., Rendina, I., Moretti, L. & Rossi, A.M. (2003). Sensor and Actuators, 104(2): 179-182. 2) Vukusic, P. & Sambles J. R. (2003). Nature, 424: 852-855. 3) De Stefano, M. & De Stefano, L. (2005). J. Nanosc. Nanotech., 5: 15-24. 4) Hamm, C. E. (2005). J. Nanosc. Nanotech., 5(1): 108-119. 5) Round, F. E., Crawford, R. M. & Mann, D. G. (1990). Cambridge University Press, Cambridge.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
