Un sensore elettrochimico ai nanotubi di carbonio individua gli agenti inquinanti in acqua, usando l’elettricità e scoprendo una nuova frontiera

Quando pensiamo all’inquinamento da plastica immaginiamo isole galleggianti nell’oceano, piccoli frammenti colorati affollati su un polpastrello e vecchi contenitori spiaggiati. Eppure, come spesso accade, la minaccia più insidiosa è quella che non possiamo vedere. In una parola: le nanoplastiche.

Quando la plastica si frammenta fino a raggiungere dimensioni nanometriche, smette di comportarsi come un semplice detrito e inizia a muoversi come una particella biologica, sfuggendo alla forza di gravità per rispondere a dinamiche molecolari che la rendono quasi impossibile da tracciare. Una nuova ricerca italiana, però, potrebbe aver trovato la chiave per rendere visibile l’invisibile grazie ai segnali elettrici.

Come individuare le nanoplastiche negli ambienti acquatici?

A volte, la dimensione diventa una caratteristica sostanziale. Quando scendono al di sotto del micrometro, per esempio, i frammenti di materie plastiche non diventano soltanto invisibili ai microscopi ottici, ma si trasformano in particelle che smettono di comportarsi come sedimenti inerti, che hanno la capacità di penetrare le membrane cellulari e che possono rimanere sospese indefinitamente in acqua senza affondare o seguire le correnti, perché a certe scale la forza di gravità è quasi irrilevante rispetto alle forze d’urto molecolare.

Così succede che le nanoplastiche si diffondano in maniera piuttosto uniforme in tutta la colonna d’acqua, seppur in quantità minime – impossibili da evitare, quasi impossibili da distinguere dalle molecole organiche. Per “catturarle”, oggi, si utilizzano filtri a membrana con pori nanometrici; poi, per isolarle, bisogna eliminare alghe e altri residui usando agenti ossidanti, acidi o enzimi che intacchino soltanto le molecole di origine biologica. Soltanto a quel punto diventa possibile studiare le particelle isolate, cosa che si può fare solo con tecnologie di analisi nanometrica come la microscopia elettronica a scansione, il DLS (Dynamic Light Scattering) e tecniche spettroscopiche che, colpendo il campione con laser o luce infrarossa, ne rivelano l’identità chimica. Insomma un lavoro tutt’altro che facile e decisamente dispendioso, oltre che soggetto a un alto rischio di contaminazione esterna.

La ricerca della Libera Università di Bolzano e dello Smart Materials Lab dell’Istituto Italiano di Tecnologia nasce proprio per trovare una risposta a queste limitazioni, che rendono le nanoplastiche una minaccia forse ancor più seria di quella, ormai nota, delle microplastiche.

Un nuovo sensore per trovare le nanoplastiche in mare

Il nuovo studio, pubblicato sulla rivista ACS Applied Materials & Interfaces, nasce dall’intuizione di un team di ricercatori della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bolzano: la giovane biotecnologa Giulia Elli e i professori del Sensing Technologies Lab Paolo Lugli e Luisa Petti. Cercando delle alternative a tecniche complesse e costose come la spettroscopia, i ricercatori hanno sviluppato un sensore innovativo, rapido e facile da usare basato su un transistor a effetto di campo con nanotubi di carbonio.

Il dispositivo, spiegano, sfrutta le interazioni non covalenti tra i nanotubi di carbonio e le nanoplastiche di polistirene, offrendo un metodo più accessibile per rilevare queste particelle pericolose: le nanoplastiche presenti nell’acqua interagiscono con i nanotubi di carbonio presenti sulla superficie del sensore, inducendo un aumento della corrente generata. Maggiore è la concentrazione di nanoplastiche, maggiore sarà la corrente prodotta.

Dalla simulazione in laboratorio al monitoraggio ambientale

La ricerca, al momento, si è svolta interamente in laboratorio, riproducendo le caratteristiche dell’acqua di mare, di fiume e di lago – in modo da testare il comportamento e l’efficacia dei sensori in ambienti marini e salmastri.

Come materiale modello, i ricercatori hanno usato nanoparticelle di polistirene. Ora, l’Université Paris Cité sta studiando la selettività dei sensori, che in futuro saranno in grado anche di identificare di quale tipo di nanoplastiche sia inquinata una zona di corso d’acqua. Il passo successivo, chiaramente, consisterà nel provare i nuovi sensori al di fuori del laboratorio per fare rilevazioni in natura e campionare corsi d’acqua e tratti di mare:

“Studiare materie ingegneristiche non significa solo progettare il futuro ma anche proteggerlo: i sensori sviluppati a Bolzano dimostrano come l’innovazione possa diventare un’arma essenziale per combattere l’inquinamento invisibile e salvaguardare il nostro Pianeta”,

sottolinea la Professoressa Luisa Petti. Questo nuovo approccio elettrochimico, in effetti, potrebbe rivoluzionare il monitoraggio dell’inquinamento da nanoplastiche.

“Una nanoplastica alla volta possiamo tutti sconfiggere l’inquinamento. Anche se le nostre azioni ci sembrano piccole come microparticelle, ognuna di esse può migliorare il nostro pianeta”,

conclude la ricercatrice Giulia Elli.

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