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Studio dell’interazione tra liquidi ionici e doppi strati lipidici supportati mediante microscopia a forza atomica Jacopo Nicolò Toffanetti.

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Presentazione sul tema: "Studio dell’interazione tra liquidi ionici e doppi strati lipidici supportati mediante microscopia a forza atomica Jacopo Nicolò Toffanetti."— Transcript della presentazione:

1 Studio dell’interazione tra liquidi ionici e doppi strati lipidici supportati mediante microscopia a forza atomica Jacopo Nicolò Toffanetti

2 Liquidi ionici a temperatura ambiente Struttura molecolare e caratteristiche Catione e anione del liquido ionico a base imidazolica di [Bmim][NTf2] Catione Anione Temperatura di fusione: Liquidi ionici <100 °C NaCl 804°C

3 Liquidi ionici Possibili applicazioni Chimica biologica Realizzazione di pannelli solari Applicazioni tribologiche Supercapacitori elettrochimici Alternativa ai comuni solventi

4 Liquidi ionici Valutazione della tossicità di una sostanza chimica Dispersione nell’ ambiente Attività biologica Bioaccumulazione Degradabilità ambientale

5 Liquidi ionici Attività biologica Citotossicità Catena laterale alchilica del catione Distruzione delle membrane cellulari a causa dell’ inserzione dei cationi di liquido ionico tra le molecole di fosfolipidi Anione Catione

6 Membrane biologiche – doppi strati fosfolipidici Cellula Membrana cellulare

7 Membrane fosfolipidiche Esempio di un fosfolipide di membrana Membrana fosfolipidica supportata

8 Strategia sperimentale Analisi morfologica Analisi meccanica L’ interazione tra membrane lipidiche e liquidi ionici permette di comprendere il tipo di tossicità di cui questi sono responsabili. Lo studio è stato condotto mediante l’ ausilio del microscopio a forza atomica. Il quale ha permesso di svolgere sul campione di lipidi due tipi di analisi :

9 Microscopio a forza atomica Bioscope catalyst della Bruker instruments utilizzato durante il periodo di tesi Principio di funzionamento

10 Preparazione delle membrane lipidiche modello Vortex Sonicatore Disco di mica Formazione delle membrane Essicazione Membrana lipidica all’ AFM Lipidi in soluzione

11 Preparazione delle membrane Mappa topografica del campione Scala nanometrica laterale della zona di scansione Scala nanometrica longitudinale della zona di scansione Scala cromatica nanometrica verticale della zona di scansione Bilayer lipidico Substrato

12 Analisi morfologica e meccanica in time-lapse - Procedura sperimentale I 5 liquidi ionici usati : [Bmim][BF4](idrofilo) [Bmim][NTf2](idrofobico) [Emim][NTf2] (idrofobico) [Omim][NTf2] (idrofobico) [C12mim][NTf2] (idrofobico) Effetti distruttivi della misura PetriProvetta contenente soluzione contaminante di liquido ionico

13 Analisi morfologica del sistema strato lipidico-ILs Schermata del programma utilizzato per analizzare le mappe topografiche Esempio di istogramma delle altezze Zona scansione :10μm x 10μm Concentrazioni: 0,01mM 0,1mM 1mM (tutti) 1mM 10mM 100mM [Bmim][BF4] 0,0001mM 0,001mM [C12mim][NTf2] Altezza Numero di conteggi

14 Analisi morfologica Deposizione di micro-gocce di liquido ionico segregato Esperimento [Bmim][NTf2] a concentrazioni di 0,01mM e 0,1mM Concentrazione: 0mM Tempo: 5min

15 Analisi morfologica Deposizione di micro-gocce di liquido ionico segregato Esperimento [Bmim][NTf2] a concentrazioni di 0,01mM e 0,1mM Concentrazione: 0,01mM Tempo: 15min

16 Analisi morfologica Deposizione di micro-gocce di liquido ionico segregato Esperimento [Bmim][NTf2] a concentrazioni di 0,01mM e 0,1mM Concentrazione: 0,01mM Tempo: 40min

17 Analisi morfologica Deposizione di micro-gocce di liquido ionico segregato Esperimento [Bmim][NTf2] a concentrazioni di 0,01mM e 0,1mM Concentrazione: 0,1mM Tempo: 80min

18 Analisi morfologica Deposizione di micro-gocce di liquido ionico segregato Esperimento [Bmim][NTf2] a concentrazioni di 0,01mM e 0,1mM Grafico dell’ area del picco gaussiano riferito alla membrana normalizzato rispetto al valore iniziale

19 Crescita degli strati lipidici a seguito della contaminazione Esperimento con [Bmim][NTf2] a concentrazioni progressive di 1mM, 10mM e 100mM Concentrazione: 0mM Tempo: 4,5min Analisi morfologica

20 Esperimento con [Bmim][NTf2] a concentrazioni progressive di 1mM, 10mM e 100mM Concentrazione: 1mM Tempo: 36min

21 Analisi morfologica Esperimento con [Bmim][NTf2] a concentrazioni progressive di 1mM, 10mM e 100mM Concentrazione: 10mM Tempo: 58,5min

22 Analisi morfologica Esperimento con [Bmim][NTf2] a concentrazioni progressive di 1mM, 10mM e 100mM Concentrazione: 100mM Tempo: 90min

23 Analisi morfologica Esperimento con [Bmim][NTf2] a concentrazioni progressive di 1mM, 10mM e 100mM

24 Traccia della membrana originaria Nuova membrana rugosa Analisi morfologica Interpretazione della crescita delle membrane

25 [C12mim] [NTf2] a bassa concentrazione prima 0,0001mM successivamente 0,001mM Concentrazione: 0mM Tempo: 4,5min Analisi morfologica

26 [C12mim] [NTf2] a bassa concentrazione prima 0,0001mM successivamente 0,001mM Concentrazione: 0,001mM Tempo: 32,5min Formazione di piccoli buchi Analisi morfologica

27 [C12mim] [NTf2] a bassa concentrazione prima 0,0001mM successivamente 0,001mM Concentrazione: 0,001mM Tempo: 41,5min I buchi vengono immediatamente richiusi Analisi morfologica

28 [C12mim] [NTf2] a bassa concentrazione prima 0,0001mM successivamente 0,001mM Concentrazione: 0,001mM Tempo: 60min Formazione di nuove membrane Analisi morfologica

29 Evoluzione temporale delle altezze spessori iniziali misurati 3,4 -6,5 nm grafico in funzione del tempo: Crescita iniziale Decrescita Nuovo incremento Analisi morfologica

30 Analisi meccanica Line a distanza costante 2nm Linea a forza costante 0,5 nN Concentrazione: 1mM [Bimim][BF4]

31 Analisi meccanica Confronto delle misurazioni di altezza prima e dopo esposizione 1mM [Bmim][ BF4] 0mM [Bmim][ BF4]1mM [Bmim][ BF4] Mappe morfologiche ottenute dall’ analisi morfologica

32 Analisi meccanica Confronto delle misurazioni di altezza prima e dopo esposizione 1mM [Bmim][ BF4] 0mM [Bmim][ BF4]1mM [Bmim][ BF4] Mappe morfologiche ottenute dalla spettroscopia di forza

33 Analisi meccanica Confronto delle misurazioni di altezza prima e dopo esposizione 1mM [Bmim][ BF4] Peak force tapping 0mM [Bmim][ BF4] Peak fore tapping 1mM [Bmim][ BF4] Spettroscopia di forza 0mM [Bmim][ BF4] Spettroscopia di forza 1mM [Bmim][ BF4] 3,48 ± 0,07 nm 2,85 ± 0,06 nm 3,23 ± 0,09 nm 2,98 ± 0,08 nm Tabella riassuntiva : L’errore mi convince poco, e troppo piccolo, metti 0.1 nm e lascia una sola cifra decimanle

34 Confronto forze di penetrazione prima e dopo esposizione 1mM [Bmim][ BF4] 0mM [Bmim][ BF4] 1mM [Bmim][ BF4] Mappe forza di penetrazione Analisi meccanica

35 Confronto forze di penetrazione prima e dopo esposizione 1mM [Bmim][ BF4] 0mM [Bmim][ BF4]1mM [Bmim][ BF4] 2,49 ± 0,06 nN1,77± 0,04 nN Tabella riassuntiva: Confronto fra le curve di forza Analisi meccanica

36 Conclusioni Effetti di segregazione Variazioni morfologiche del campione Variazioni meccaniche L’ osservazione dell’ interazione tra liquidi ionici e membrane lipidiche ha evidenziato: Prospettive Misurazione di nuove grandezze meccaniche Miglioramento delle tecniche di osservazione della cinetica di reazione Ripetizione delle misure di spettroscopia su substrati coperti da strati di polimero


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