Il Futuro Pitture Nano intelligenti Pablo Emilio Ferrer Pérez Università di Valencia Istituto di Investigazione di riconoscimento molecolare e sviluppo tecnologico

Sviluppo dei sistemi a Rilascio controllato

Consentono il rilascio controllato del contenuto attraverso l'applicazione di uno stimolo in grado di commutare la porta tra due stati (aperto e chiuso) CASSA Materiali Mesoporosi Stimolo Esterno CONTENUTO Colorante Molecole Bioattive Stimoli Fisici Chimici Biologici COPERCHIO Biomolecole

Materiali ibridi con porte molecolari: Supporto inorganico Micelle sferiche Associazione micellare sotto forma di cilindri Fase meso strutturata Solido mesoporoso Eliminazione del tensioattivo

Materiali ibridi con porte molecolari: Supporto inorganico 100 nm

Vantaggi del materiale inorganico rispetto al materiale organico Alta superficie specifica (ca. 1200 m2/g) Grande capacità di immagazzinaggio Dimensione dei pori modulabile (2 – 3 nm, fino a 10 nm) Morfologia delle particelle controllabili Facilità di funzionalizzazione Stabilità chimica e meccanica Minor rischio di contaminazione microbica

Materiali ibridi senza porte molecolari: materiale incapsulato In questo caso nel quale non si lavora con porte molecolari, il materiale incapsulato si diffonde lentamente all'esterno a seconda della dimensione del poro

Materiali ibridi con porte molecolari: porta molecolare La porta molecolare ingloba una serie di molecole organiche funzionalizzate sulla superficie esterna del supporto solido mesoporoso. Queste porte rispondono a un'ampia varietà di stimoli quali pH, luce, potenziale redox, temperatura, biomolecole (enzimi, anticorpi, nucleotidi, ecc.) INHIBICIÓN DEL TRANSPORTE DE MASA LIBERACIÓN CONTROLADA

Pitture Biocide Versione 3.0 Porte molecolari Versione 1.0 Formulazione iniziale Versione 2.0 Biocida incapsulato Versione 3.0 Porte molecolari

Versione 1.0 Formulazione iniziale

Formulazione iniziale Versione 1.0 Formulazione iniziale Biocida aggregato al solvente ed in seguito alla pittura Viene aggiunto molto più biocida del necessario Problemi Diffusione attraverso la matrice. Alterazione delle proprietà meccaniche. L'uso di sostanze tossiche che generano problemi ambientali derivati dal dilavamento. La perdita nel tempo della sostanza biocida, anche quando il prodotto non è stato attaccato da organismi biologici

Versione 2.0 Biocidi incapsulati

Vantaggi: Biocida Incapsulato Versione 2.0 Biocida Incapsulato L’immagazzinaggio o il fissaggio di sostanze biocide fornisce una metodologia per ottenere il controllo del profilo di rilascio Vantaggi: Isolamento di principi attivi instabili a contatto con l'ambiente esterno. Rilascio graduale dello stesso. Diminuzione del degrado del biocida mediante azione degli UV.

Nuovi materiali ibridi organici-inorganici di dimensione microparticellare caricati con biocidi Sintesi materiale di silice mesoporosa MCM-41 microparticolato Condensazione di precursori di silice (silicato di sodio, tetraetilortosilicato (TEOS) o silicato di tetrametilammonio) in presenza di tensioattivi cationici in condizioni basiche. Inglobamento di biocidi in particelle di silice mesoporosa OIT IPBC Diuron DCOIT Carbendazima Cinetica di rilascio di biocidi in particelle di silice Spettrometro UV-visibile

Curve di rilascio dei biocidi:

Curve di rilascio dei biocidi: I risultati portano alla conclusione che il rilascio di biocidi incapsulati è più lento del loro analogo in forma libera, ma ... la ricerca di soluzioni nella formulazione delle pitture, che conferiscano una maggiore durata e una protezione più robusta contro gli organismi di crescita superficiale, non si ferma.

Versione 3.0 Porte molecolari

Rilascio Controllato Versione 3.0 Inserimento di sostanze naturali provenienti da piante con funzione biocida, all'interno dei pori di materiali mesoporosi, utilizzando porte molecolari nanometriche, in grado di attivare o disattivare il rilascio dei biocidi mediante l'azione di un determinato stimolo esterno causato dalla presenza dell'organismo biologico. Vantaggi: Rilascio controllato solo in presenza di uno stimolo specifico. Presenta una maggiore resistenza alle temperature. Maggiore durata dell'azione biocida. Strumento di azione continua.

Analisi dell'attività fungina Materiale di sintesi mesoporosa silice MCM-41 nano-incapsulato Sintesi di derivati saccaridi Inserimento di biocidi in particelle di silice mesoporosa Funzionalizzazione di carboidrati su materiali mesoporosi Analisi dell'attività fungina Sistemi di rilascio controllato di agenti antimicrobici (SMPS) Glucosio (GLU), malto (MAL), maltodestrina (MDX), amido (AL) Eugenol (EU), Carvacrol (CAR), Timol (THY), Cinamaldeide (CIN) GLU-SMPS-EU

Rappresentazione schematica della sintesi di materiale mesoporoso

Rappresentazione schematica di un materiale di silice mesoporosa con il principio attivo (Eugenolo) inserito, i cui pori sono chiusi con maltodestrina e derivati del malto

Rappresentazione schematica del rilascio di Eugenolo inserito in un materiale di silice mesoporoso legato covalentemente alle maltodestrine, mediante idrolisi enzimatica dei legami o-glicosidici che formano la maltodestrina.

Solidi 4 giorni 8 giorni 15 giorni Sistemi a rilascio controllato di agenti antimicrobici volatili Attività fungicida dopo 15 giorni Control Eugenol puro SMPS-Eu GLU-SMPS-Eu MAL-SMPS-Eu MDX-SMPS-Eu Starch-SMPS-Eu Livello di crescita del fungo puro e con il biocida Eugenol contro A. niger (mg) Solidi 4 giorni 8 giorni 15 giorni Eugenol Puro 4   N SMPS-Eu 2 GLU-SMPS-Eu 1 MAL-SMPS-Eu MDX-SMPS-Eu AL-SMPS-Eu N: Il fungo é cresciuto completamente

Sistemi a rilascio controllato di agenti antimicrobici volatili Attività fungicida dopo 1 mese ll solido ricoperto di maltodrestine (MDX-SMPS-EU) e caricato con Eugenol mantiene il suo effetto dopo un mese

Cinetica di rilascio di Eugenolo da MDX-SMPS-EU, da una sospensione delle nanoparticelle mesoporose funzionalizzate con maltodestrina, in assenza e presenza di spore di Aspergillus niger (SPME, GS-FID)

Il passo seguente?

Pitture Nano intelligenti Biocida Incapsulato Rilascio controllato Pitture Nano intelligenti

BIOCIDA INCAPSULATO materiali di silice mesoporosa tipo MCM-41 apertura per azione enzimatica apertura dovuta a variazioni di pH Per lo sviluppo di porte molecolari la cui apertura- chiusura è controllata dal pH e dagli enzimi del veicolo, verranno utilizzate biomolecole, come poliammidi, acidi carbossilici e / o proteine che fungeranno da porta molecolare

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