WAFITECH - Laboratorio regionale per le nuove nano- e biotecnologie per la filtrazione dell’acqua: design e costruzione di membrane biomimetiche per applicazioni industriali, commerciali ed ambientali (codice 09)Coordinatore scientificoProf. Giuseppe CalamitaDipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e BiofarmaceuticaUniversità degli Studi di Bari Aldo Moro - Bari

Water Filtration Technology

Le unità di ricerca

Unità di ricerca Responsabile

UR1 - Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e BiofarmaceuticaUniversità degli Studi di Bari Aldo Moro - Bari

Prof. Giuseppe Calamita

UR2 - Dipartimento di ChimicaUniversità degli Studi di Bari Aldo Moro - Bari

Prof. Gianluca Maria Farinola

UR3 - National Nanotechnology Laboratory dell’Istituto Nanoscienze-CNR - Lecce

Dott. Andrea Camposeo

UR4 – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed AmbientaliUniversità del Salento – Lecce

Responsabile Unico del Procedimento Dott.ssa Maria Teresa De Fazio (Uniba)

Consulting da Agenzia NextnowDott.ssa Barbara De Ruggieri

Prof. Ludovico Valli

Obiettivo della ReteOffrire una piattaforma tecnologica per la progettazione e realizzazione di membrane biomimetiche per applicazioni nelle tecnologie della filtrazione dell’acqua e fornire servizi di produzione, purificazione e funzionalizzazione di proteine ricombinanti, di fabbricazione e caratterizzazione di materiali polimerici, di film sottili anfililici e di nanofibre di interesse tecnologico

Settori di impattoAmbiente: trattamento e riciclo di acque reflueEnergie rinnovabili: energia ecosostenibile da osmosi inversa o direttaApprovvigionamento idrico: dissalazione dell’acqua a scopi potabiliBiomedicale: produzione di acqua ultrapura, dialisi, drug deliveryBiotecnologie: ingegnerizzazione e produzione di proteine ricombinantiRicerca scientifica di base e traslazionale: caratterizzazione biofisica di

proteine e di materiali polimerici, cosmesi dell’idratazione della pelle

Domanda di innovazione del sistema produttivo

Le peculiarità della membrana WAFITECH (massima selettività e permeabilità all’acqua, elevata resistenza meccanica e scalabilità in termini di superficie filtrante) sono intese ad innovare tecnologie ad elevato impatto socio-economico ed ambientale come:

dissalazione dell’acqua a scopi potabili trattamento e riciclo di acque reflue produzione di acqua ultrapura per usi

scientifici e biomedici produzione di energia ecosostenibile

mediante osmosi biomimetica dei sensori farmaceutica (drug delivery)

Offerta tecnologica della Rete

Ingegnerizzazione e costruzione di membrane per dispositivi di filtrazione dell’acqua

Ingegnerizzazione e produzione di proteine ricombinanti

Costruzione e funzionalizzazione di membrane, liposomi e proteoliposomi artificiali

Analisi di permeabilità di membrane biologiche ed artificiali mediante stopped-flow light scattering

Studio dei fenomeni all’interfaccia aria-acqua per la crescita ed immobilizzazione di film sottili con tecniche di autoassemblaggio (self-assembly puro, tecniche Layer-by-Layer, Langmuir-Blodgett, Langmuir-Schaefer)

Caratterizzazione di materiali tramite tecniche spettroscopiche nell’intero intervallo UV-Vis-IR.

Applicazione dei film immobilizzati su supporti solidi di diversa natura

Analisi morfologica e strutturale di materiali mediante microscopia elettronica a scansione (SEM)

Design ed ingegnerizzazione di nanomateriali polimerici

Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio

UR1-UR4 1. Costruzione di membrane biomimetiche di

filtrazione dell’acqua incorporanti acquaporineRisultati raggiunti: Realizzazione dei componenti base della membrana e prime operazioni di assemblaggio del materiale per costituire un prototipo della membrana

Ricadute industriali Innovazione nel campo della filtrazione dell’acqua mediante osmosi

Riduzione del 70% del consumo di energia e aumento della produttività rispetto alle comuni membrane poliammidiche usate negli impianti di osmosi inversa

Riduzione della complessità del processo produttivo con conseguente riduzione dei costi di produzione

Realizzazione di prototipi della membrana biomimetica con successivo inserimento nel ciclo produttivo

Sviluppo conseguente di prodotti ad elevato contenuto biotecnologico

Altri risultati Costituzione di una piattaforma tecnologica Formazione di personale con elevate competenze nella

realizzazione e utilizzazione di biomateriali Implementazione del know-how già esistente Pubblicazioni scientifiche Partecipazione a workshop e congressi nazionali ed

internazionali nell’ambito delle tecnologie della filtrazione dell’acqua

Membrane di encapsulazione protettiva

Membrana anfifilica polimerica incorporante acquaporine

Bloccodi nanofibre polimeriche

Canale per l’acqua (AqpZ)

Nanofibrepolimeriche

H20 H20 H20 H20soluti soluti

Rappresentazione della membrana biomimetica WAFITECH

Canale per l’acqua Acquaporina-Z

Dispositivi di filtrazione dell’acqua che possono far uso della membrana WAFITECH

Schema di un dispositivo di osmosi inversa nel quale poter inserire la membrana biomimetica WAFITECH

Membranadi filtrazione

Filtro per osmosi inversa di tipo industriale incorporante una membrana di tipo poliammidico

Dispositivo di osmosi inversa realizzato e messo in commercio dalla Compagnia Aquaporin S/A (DK), partner nel progetto WAFITECH

Membrana biomimetica incorporante AQP

Schema di dispositivo per produzione di energia ecosostenibile da gradienti salini incorporante membrane biomimetiche (da Bimetech)

Frantumatore di cellule

BiostationStudio/monitoraggio cellulare

statico e dinamico protratto nel tempo

Apparato distopped-flow light scattering

misura analitica di conduttanza molecolare di membrane

Cromatografo per affinitàPurificazione di proteine ricombinanti

Centrifuga preparativa da

pavimento

Ultracentriguga analitica

FermentatoreColture batteriche e di lievito

Attività/progetto/servizio UR1-UR4

1. Costruzione di membrane biomimetiche di filtrazione dell’acqua incorporanti acquaporine

Attrezzature WAFITECH UR1

Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio

UR1-UR4 1. Costruzione di membrane biomimetiche di

filtrazione dell’acqua incorporanti acquaporine

Risultati raggiunti:

Ricadute industriali riduzione del 70% del consumo di energia e aumento (5X) della produttività rispetto alle comuni membrane poliammidiche usate negli impianti di osmosi inversa

riduzione della complessità del processo produttivo con conseguente riduzione dei costi di produzione

polimerosomi con potenziali applicazioni nel rilascio di farmaci e nella fotocatalisi (mediante proteine fotosintetiche)

realizzazione di prototipi con successivo inserimento nel ciclo produttivo

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Sereco s.r.l. (Italia) Collaborazione tecnico- scientifica Mensile

Aquaporin S/A (DK) Collaborazione tecnico-scientificaCostruzione prototipi di membrane biomimetiche

Trimestrale

Codif International (F) Collaborazione tecnico-scientifica nel campo delle biotecnologie basate su acquaporine

Trimestrale

BioAesis (Italia) Collaborazione tecnico-scientifica nella realizzazione di kit diagnostici facenti uso di acquaporine

Trimestrale

Attività/progetto/servizioUR1

2. Produzione su media e larga scala di proteine ricombinanti di membrana con l’ausilio di metodologie di tipo cell-free di nuova generazione

Risultati raggiunti: produzione e funzionalizzazione di un’acquagliceroporina, AQP3

Ricadute industriali Possibilità di produrre proteine di membrana ricombinanti con metodologia di tipo cell-free su scala industriale

Riduzione della complessità del processo produttivo con conseguente riduzione dei costi di produzione

Realizzazione di prototipi della membrana biomimetica con successivo inserimento nel ciclo produttivo

Sviluppo conseguente di prodotti ad elevato contenuto biotecnologico

Altri risultati Offerta di servizi di produzione di proteine ricombinanti Formazione di personale con elevate competenze nella

ingegnerizzazione e produzione di proteine ricombinanti Implementazione del know-how già esistente Pubblicazioni scientifiche Partecipazione a workshop e congressi nazionali ed

internazionali

Progetto 2.Produzione su media e larga scala di proteine

ricombinanti di membrana con l’ausilio di metodologie di tipo cell-

free di nuova generazione

Step 1

Step 2

Cloning of the gene or ORF encoding the protein of interest

Cell-basedsystems

Prokaryotic(i.e., E. coli)

Eukaryotic(i.e., S. cerevisiae, P. pastoris)

Cell-freesystem

Cell lysisCell lysis

Extraction of the produced protein

Purification of the protein Purification of the protein

Analysis of the functional activity of the protein

Biotechnological application

Choice of the protein expression system

Step 3

Step 4

Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio

UR2 3. Sintesi e caratterizzazione di polimeri anfifilici

per generazione di strutture liposomiali, vescicolari e film sottili a strutture controllata

Risultati raggiunti: Sintesi di polimeri anfifilici con caratteristiche modulabili in grado di generare polimerosomi nei quali incorporare proteine di membrana

Ricadute industriali Polimeri in grado di formare polimerosomi ingegnerizzati (con potenziali applicazioni anche nel rilascio di farmaci)

Altri risultati Nei polimerosomi sono state inserite anche proteine di membrana fotosintetiche, di interesse in fotocatalisi

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Synchimia s.r.l. Collaborazione tecnico-scientifica Mensile

Biochemtex (USA) Formazione personale presso WAFITECH

Mensile

Progetto 3. Sintesi e caratterizzazione di polimeri anfifilici per generazione di strutture liposomiali, vescicolari e film sottili a strutture controllata

SiO

SiO

61

ONN

O O

OHHO

22 22

PDMSPMOXA PMOXA

Sintesi di copolimeri a blocco nella costruzione di polimerosomi

polimerosoma

UR2

Spettrometro di massa MALDI-TOF per la caratterizzazione dei polimeri

HPLC per la misura dei pesi molecolari dei polimeri

Glove box per l’esecuzione delle reazioni

Progetto 3. Sintesi e caratterizzazione di polimeri anfifilici per generazione di strutture liposomiali, vescicolari e film sottili a strutture controllata

Glove box per l’esecuzione delle reazioni

Micoroscopio AFM per la caratterizzazione di polimerosomi e membrane

Attrezzature WAFITECH UR2

Le attività svolte al 31/12/2013Attività/progetto/servizio

UR3 4. Costruzione di blocchi di nanofibre polimeriche

Risultati raggiunti: ingegnerizzazione e produzione di blocchi di nanofibre polimeriche

Ricadute industriali Lo sviluppo di nanofibre polimeriche mediante elettrospinning potrebbe avere ricadute industriali in settori come quelli della filtrazione di liquidi e gas, in virtù della possibilità di produrre quantitativi macroscopici di nanofibre, a ciclo continuo e a costi contenuti

Altri risultati Pubblicazioni, Processi, Prodotti (creazione/miglioramento)/Materiali, Caratterizzazione di prodotto/materiali

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Biotechgen Collaborazione per nuovi progetti di ricerca

Trimestrale

Codex Collaborazione per futura fornitura di acqua ad elevato grado di purezza

Trimestrale

Progetto 4. Costruzione di blocchi di nanofibre polimeriche

Prototipi: Immagini macroscopiche di sistemi di nanofibre polimeriche di polimetilmetacrilato.

Processi: esempio di

nanofibre polimeriche di polistirenecon

diametro medio di 80 nm

Caratterizzazione:Immagini al microscopio elettronico ed analisi della distribuzione dei diametri di nanofibre di polimetilmetacrilato.

UR3

SISTEMA DI MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE, Nona NANO 540, con sistema EDS per microanalisi.

Progetto 4. Costruzione di blocchi di nanofibre polimeriche

Attrezzature WAFITECH UR4

Le attività svolte al 31/12/2013

Attività/progetto/servizioUR4

5. Definizione di nuovi approcci tecnologici per la produzione su media e larga scala di film ultrasottili a base di biomateriali per applicazioni biotecnologiche

Ricadute industriali Sviluppo di sistemi ibridi di immobilizzazione Sviluppo conseguente e successivo di prodotti ad elevato

contenuto biotecnologico Realizzazione di prototipi Successivo inserimento nel ciclo produttivo

Altri risultati Formazione di personale con elevate competenze nell’utilizzazione di biomateriali

Approfondimento del know-how già esistente Offerta delle proprie competenze sia nel settore industriale che

in quello della ricerca Pubblicazioni scientifiche Partecipazione a meeting e congressi nazionali ed

internazionali

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Costruzioni solari Impresa interessata ai risultati delle ricerche della Rete WAFITECH

Semestrale

Lachifarma Impresa interessata ai risultati delle ricerche della Rete WAFITECH

Semestrale

5. Definizione di nuovi approcci tecnologici per la produzione su media e larga scala di film ultrasottili a base di biomateriali per applicazioni biotecnologiche

UR4

Attività/progetto/servizio 5. Definizione di nuovi approcci tecnologici per la produzione su media e larga scala di film ultrasottili a base di biomateriali per applicazioni biotecnologiche

Tipica isoterma di Langmuir

Sistema di operazione Ref Spec (Spettroscopia in Riflessione)

Apparato per la Spettroscopia in Riflessione, analisi Bam e vasca di Langmuir

Principio della Microscopia all’angolo di

Brewster

Nordtest PMI-IRRAS 550

Attrezzature WAFITECH UR4

Attività promozionali svolte

Adesione al Progetto Living Labs della Regione Puglia (PO: FESR 2007-2013 Asse I linea di intervento 1.4 Azione 1.4.2)

Adesione al REgional New Energy & EnvironmentAL Links (RENEWAL), progetto di partenariato nel campo delle energie rinnovabili e della protezione ambientale

Adesione ad Alleanze per l’innovazione dell’ILO2 Fase 2 con le seguenti entità capofila: Uniba, CNR-IBBE, CNR-Nano Partecipazione a Salone SMAU Bari (Febbraio 2013) Partecipazione al Festival dell’Innovazione 2013 (progetto ARTI “Creare impresa e diffondere tecnologia a partire

dalla ricerca”, ILO2-Fase 2”) Incontro presso Confindustria Bari in ambito ILO2 Comitato Tecnico-Scientifico Innomat Meetings, business convention su materiali innovativi col supporto dell’ARTI

Puglia e del Servizio di Internazionalizzazione della Regione Puglia Convenzioni di Tirocinio di Formazione ed Orientamento con CNR-IBBE, IRCCS “De Bellis” di Castellana Grotte e

Sereco srl Partecipazione al Progetto CardioHOPE (Horizon 2020) Partecipazione al Simposio “Bioscienze e Biotecnologie”, CUIA (Buenos Aires 2013, Argentina) Seminari scientifici in Italia e all’estero Pubblicazione di lavori scientifici e Capitolo di libro Partecipazione ai Congressi di Chimica-Fisica Contatti di collaborazioni con altri gruppi di ricerca (Prof. M.T. Martin-Romero, Univ. Cordoba, Spagna; Prof.ssa L.

Valkova, Univ. Ivanovo, Russia; CNR-IPCF, Bari) Creazione di sito web WAFITECH Inserimento del link nel sito del Laboratorio di Chimica Fisica dell’Università del Salento Partecipazione alla carta dei servizi nel sito web www.nanojets.eu

Sito web della Rete: http://www.wafitech.it

Attività programmate

Produzione di proteina AQP3 ricombinante su commissione della Company Aquaporin S/A

Partecipazione a bandi europei nel contesto di Horizon 2020 Integrazione delle tecniche utilizzate per l’immobilizzazione dei

biomateriali con nuove tecniche di deposizioneProgettazione di modifiche ed up-grade strumentali ed utilizzazione

degli strumenti per nuove modalità di caratterizzazione spettroscopica (e sviluppo di contatti con le case produttrici degli strumenti per il possibile inserimento nella produzione delle modifiche proposte)

Coinvolgimento di gruppi di chiara fama nella ricerca oggetto della Rete WAFITECH

Partecipazione al bando Cluster Tecnologici Regionali - Aiuti ai servizi (Asse I - Linea di Intervento 1.1.2), Regione Puglia

Contatti

-UR1 (Nodo Capofila): Prof. Giuseppe Calamita, Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Biofarmaceutica – Università degli Studi di Bari Aldo Moro, via Orabona 4, 70125 Bari – tel. 0805442928; Fax 0805443388 giuseppe.calamita@uniba.it

-UR2: Prof. Gianluca Maria Farinola, Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Bari Aldo Moro - gianlucamaria.farinola@uniba.it

-UR3: Dott. Andrea Camposeo, NNL Istituto Nanoscienze-CNR, Lecce andrea.camposeo@nano.cnr.it

-UR4: Prof. Ludovico Valli, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali, Università del Salento, 73100 Lecce, ludovico.valli@unisalento.it