Il settore delle nanotecnologie ha conosciuto negli ultimi anni una rapida espansione, grazie al forte interesse suscitato dai materiali nanostrutturati in molti settori della ricerca sia di base che applicata, dovuto alle peculiari proprietà chimico-fisiche della materia su scala nanometrica. Attualmente uno dei problemi maggiori nei procedimenti di sintesi in fase liquida di materiali nanostrutturati in sistemi in bulk è quello relativo al controllo delle dimensioni e del grado di polidispersione delle nanoparticelle ottenute che, unito alla difficoltà di standardizzazione delle condizioni chimico-fisiche di reazione, limita il trasferimento su larga scala di tali tecnologie. L’impiego di reattori mircrofluidici in flusso rappresenta un’alternativa particolarmente interessante per la sintesi di nanomateriali [1]. I principali vantaggi di tale approccio metodologico sono legati alla possibilità di utilizzare volumi molto ridotti di reagenti che ne limitano il costo e l’eventuale tossicità. L’elevato rapporto superficie/volume dei microreattori incrementa gli scambi energetici (es. calore) e il trasferimento di massa rispetto ai reattori convenzionali in bulk. Inoltre i microreattori realizzano un’efficiente miscelazione dei reagenti, che è un elemento fondamentale per l’ottenimento di nanoparticelle monodisperse, incrementando inoltre la possibilità di realizzare reattori, quali ad es. i lab-on-chip, in cui si realizzano contemporaneamente analisi, reazione e purificazione del nanomateriale ottenuto [2]. Il presente studio ha avuto come obiettivo la costruzione ed ottimizzazione dei parametri operativi di un innovativo microreattore modulare a flusso capillare, con modalità flow-focusing, per la sintesi di nanoparticelle biopolimeriche a base di PLGA (acido poli lattico-co-glicolico). Il microreattore capillare deriva dall’assemblaggio di un sistema di tubi capillari in acciao di diametro micrometrico in grado di realizzare una geometria reattoristica con focalizzazione di flusso. L’utilizzo di pompe a siringa provvede al mantenimento dei flussi nel microreattore in un range da 1-3000 ±1 µl/min. Le velocità dei flussi in gioco sono comprese tra 0.1 e 1020 mm/sec, garantendo la realizzazione di condizioni di moto di flusso laminare e bassi valori del numero di Reynolds. Il meccanismo che regola la formazione di nanoparticelle è quello della nanoprecipitazione, che prevede il rapido mescolamento di una soluzione organica del polimero (fase dispersa) con un suo non solvente, generalmente acqua (fase continua), e la successiva precipitazione in quest’ultima del polimero. In questo lavoro sono stati individuati ed ottimizzati i principali parametri chimico-fisici che controllano la sintesi delle nanoparticelle polimeriche nel reattore microfluidico: il rapporto tra i flussi della fasa continua e della fase dispersa, la concentrazione della soluzione polimerica e le dimensioni del canale di focalizzazione. In seguito all’ottimizzazione di tali parametri operativi, è stato possibile sintetizzare nanoparticelle di PLGA di 20 nm e basso indice di polidispersione. [1] Zheng B, Tice JD, Roach LS, Ismagilov RF. Angew. Chemie 2004, 116, 2562-2565. [2] Zao CX, He L, Qiao SZ, Middelberg APJ. Chemical Engineering Science 2011, 66, 1463-1479.

Progettazione e realizzazione di un innovativo reattore microfluidico capillare per la sintesi di nanoparticelle polimeriche / Chronopoulou, Laura; Sparago, Carolina; Palocci, Cleofe. - STAMPA. - (2014), pp. 75-75. (Intervento presentato al convegno VI Convegno Giovani tenutosi a Rome, Italy nel 17-18 giugno 2014).

Progettazione e realizzazione di un innovativo reattore microfluidico capillare per la sintesi di nanoparticelle polimeriche

CHRONOPOULOU, LAURA;PALOCCI, Cleofe
2014

Abstract

Il settore delle nanotecnologie ha conosciuto negli ultimi anni una rapida espansione, grazie al forte interesse suscitato dai materiali nanostrutturati in molti settori della ricerca sia di base che applicata, dovuto alle peculiari proprietà chimico-fisiche della materia su scala nanometrica. Attualmente uno dei problemi maggiori nei procedimenti di sintesi in fase liquida di materiali nanostrutturati in sistemi in bulk è quello relativo al controllo delle dimensioni e del grado di polidispersione delle nanoparticelle ottenute che, unito alla difficoltà di standardizzazione delle condizioni chimico-fisiche di reazione, limita il trasferimento su larga scala di tali tecnologie. L’impiego di reattori mircrofluidici in flusso rappresenta un’alternativa particolarmente interessante per la sintesi di nanomateriali [1]. I principali vantaggi di tale approccio metodologico sono legati alla possibilità di utilizzare volumi molto ridotti di reagenti che ne limitano il costo e l’eventuale tossicità. L’elevato rapporto superficie/volume dei microreattori incrementa gli scambi energetici (es. calore) e il trasferimento di massa rispetto ai reattori convenzionali in bulk. Inoltre i microreattori realizzano un’efficiente miscelazione dei reagenti, che è un elemento fondamentale per l’ottenimento di nanoparticelle monodisperse, incrementando inoltre la possibilità di realizzare reattori, quali ad es. i lab-on-chip, in cui si realizzano contemporaneamente analisi, reazione e purificazione del nanomateriale ottenuto [2]. Il presente studio ha avuto come obiettivo la costruzione ed ottimizzazione dei parametri operativi di un innovativo microreattore modulare a flusso capillare, con modalità flow-focusing, per la sintesi di nanoparticelle biopolimeriche a base di PLGA (acido poli lattico-co-glicolico). Il microreattore capillare deriva dall’assemblaggio di un sistema di tubi capillari in acciao di diametro micrometrico in grado di realizzare una geometria reattoristica con focalizzazione di flusso. L’utilizzo di pompe a siringa provvede al mantenimento dei flussi nel microreattore in un range da 1-3000 ±1 µl/min. Le velocità dei flussi in gioco sono comprese tra 0.1 e 1020 mm/sec, garantendo la realizzazione di condizioni di moto di flusso laminare e bassi valori del numero di Reynolds. Il meccanismo che regola la formazione di nanoparticelle è quello della nanoprecipitazione, che prevede il rapido mescolamento di una soluzione organica del polimero (fase dispersa) con un suo non solvente, generalmente acqua (fase continua), e la successiva precipitazione in quest’ultima del polimero. In questo lavoro sono stati individuati ed ottimizzati i principali parametri chimico-fisici che controllano la sintesi delle nanoparticelle polimeriche nel reattore microfluidico: il rapporto tra i flussi della fasa continua e della fase dispersa, la concentrazione della soluzione polimerica e le dimensioni del canale di focalizzazione. In seguito all’ottimizzazione di tali parametri operativi, è stato possibile sintetizzare nanoparticelle di PLGA di 20 nm e basso indice di polidispersione. [1] Zheng B, Tice JD, Roach LS, Ismagilov RF. Angew. Chemie 2004, 116, 2562-2565. [2] Zao CX, He L, Qiao SZ, Middelberg APJ. Chemical Engineering Science 2011, 66, 1463-1479.
2014
VI Convegno Giovani
04 Pubblicazione in atti di convegno::04b Atto di convegno in volume
Progettazione e realizzazione di un innovativo reattore microfluidico capillare per la sintesi di nanoparticelle polimeriche / Chronopoulou, Laura; Sparago, Carolina; Palocci, Cleofe. - STAMPA. - (2014), pp. 75-75. (Intervento presentato al convegno VI Convegno Giovani tenutosi a Rome, Italy nel 17-18 giugno 2014).
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11573/912700
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