Uno studio recente, pubblicato in Materiale avanzato , mostra che i virus nativi possono essere impiegati come impalcatura per immobilizzare molecole fotoattive per ossidare potenzialmente gli inquinanti organici presenti nelle acque reflue, sotto irraggiamento di luce visibile

Un team di ricerca della Aalto University ha sviluppato una nuova strategia per creare materiali a base di virus per la catalisi. Il progetto, che è inquadrato nell'ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie di Horizon 2020, mira a spianare la strada all'applicazione di materiali bioibridi otticamente attivi, una combinazione di biomolecole e parti sintetiche, in argomenti che vanno dalla nanomedicina alla sintesi organica verde o alle scienze ambientali.

"La nostra prima sfida è stata quella di selezionare il fotosensibilizzatore giusto, "dice Eduardo Anaya, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Aalto, "Abbiamo deciso di impiegare ftalocianine, un derivato sintetico dell'ematoporfirina (il colorante responsabile del colore del sangue), grazie alle loro eccezionali proprietà come generatori di specie reattive dell'ossigeno. Però, l'uso di questo tipo di coloranti in mezzi acquosi presenta diverse sfide che influiscono sulle loro prestazioni. Perciò, era necessaria un'attenta progettazione per mantenere le loro proprietà`.

In collaborazione con il gruppo di ricerca del professor Tomas Torres dell'Universidad Autonoma de Madrid, è stato sintetizzato un nuovo derivato della ftalocianina, risultante in una molecola con proprietà resilienti in diversi mezzi di forza ionica. Il design ha assicurato la fotoattività del colorante anche in ambiente acquoso.

"Uno dei punti focali del nostro gruppo di ricerca risiede nella progettazione di nuovi assemblaggi proteici e nella loro potenziale applicazione come nuovi materiali", aggiunge il professor Mauri Kostiainen, leader del gruppo Materiali Bioibridi. "Il nostro approccio si basa su interazioni supramolecolari, come il legame elettrostatico così, in questo progetto, abbiamo deciso di combinare il colorante caricato positivamente con un virus del mosaico del tabacco caricato negativamente (un virus a bastoncino lungo 300 nm), risultando in un materiale fibroso fotoattivo. Questo approccio ha portato a thread altamente ordinati, che sono stati accuratamente caratterizzati dalla diffusione dei raggi X e da diverse tecniche di microscopia nel Centro di nanomicroscopia di Aalto, " dice Kostiainen.

Oltre alla caratterizzazione strutturale, Anaya sottolinea che la caratteristica più cruciale è che il colorante rimane attivo nonostante sia immobilizzato nelle fibre. ´Possiamo fissare il sito di reazione in un supporto solido e passare la soluzione che vogliamo reagire attraverso di esso, essendo la luce visibile l'unico "carburante" che utilizziamo perché ciò accada. Questo ci permette di creare un assetto a flusso continuo che permette di scalare il processo di ossidazione, " conclude.

Il team di ricerca ha progettato un dispositivo di prova in cui immobilizzare le fibre all'interno di un capillare di vetro; un flusso in ingresso è stato ossidato in diversi cicli. La resilienza delle fibre è stata valutata, concludendo che sia la loro stabilità strutturale che la fotoattività rimangono costanti nel tempo. Un ulteriore vantaggio è che, una volta completato il processo di ossidazione, un impulso luminoso può smontare le fibre, rendendoli facili da smaltire. L'approccio riportato rappresenta il primo passo verso l'uso di bioibridi in reazioni a flusso continuo, che rappresentano un approccio ecologico a questo tipo di processo industriale.