RETI di LABORATORI - [Nuovi Materiali] WAFITECH
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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 [email protected]
-UR2: Prof. Gianluca Maria Farinola, Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Bari Aldo Moro - [email protected]
-UR3: Dott. Andrea Camposeo, NNL Istituto Nanoscienze-CNR, Lecce [email protected]
-UR4: Prof. Ludovico Valli, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali, Università del Salento, 73100 Lecce, [email protected]