COSMIC:
COUPLING SMART MOLECULES
INTO CHIPS
http://www.biosensing.net/cosmic.htm
Consuntivo delle attività dell’
Aggregato Progettuale COSMIC nel periodo Gennaio-Novembre 2001
A cura del responsabile Roberto
Pilloton
Indice
1.INTRODUZIONE
2.SINTESI AZIONI 2000
3.RISULTATI Gennaio-Novembre2001
3.1 ATTIVITA’
3.2 Partecipazioni a congressi
3.3
Lavori in corso di pubblicazione
Tabella 1
Tabella 2
Tabella 3
1.INTRODUZIONE
I progetti BIPES, CoSMiC e NANOBE, giudicati raccomandabili
e strategici dal sistema dei comitati, sono stati unificati sulla scorta di una
sostanziale unitarietà di approccio metodologico, di obiettivi previsti,
andando a costituire in toto l’aggregato progettuale “COSMIC,” che, attraverso
la messa a punto di biosensori ambientali e alimentari, persegue l’obiettivo
della produzione di know-out finalizzato all’innovazione e allo sviluppo delle
PMI “high-tech”.
L’accorpamento realizzato in
COSMIC (http://www.biosensing.net/cosmic.htm)
focalizza le attività dei tre progetti
sulla scorta delle indicazioni del “sistema dei comitati”, dei risultati
della discussione con il Direttore Generale (17 e 30.01.2001) e di quanto
emerso nel confronto tra la struttura della Divisione ed i ricercatori
raggruppati intorno all’ipotesi progettuale.
COSMIC nasce dalla convergenza dei
tre progetti su due linee di attività già presenti all’ENEA: la linea
“BIOSENSORI”, volta alla realizzazione di dispositivi analitici macroscopici e
alla loro validazione, e una seconda linea, in ampia sinergia con la prima,
volta alla costruizione, con le tecniche proprie delle “NANOTECNOLOGIE”, di
sistemi integrati di molecole biologiche o di sintesi, di micro o nanoconduttori e alla
caratterizzazione del comportamento elettrico e ottico dei dispositivi
ottenuti. Nell’aggregato progettuale si riconoscono
quindi una linea di biosensoristica volta a dispositivi macroscopici che
esplora e valida le possibilità di utilizzo di alcune biomolecole come sensori,
ed una seconda linea, che si basa sui risultati della prima, volta alla
possibilità di costruire, con le tecniche proprie delle micro e nanotecnologie,
sistemi integrati di biomolecole, di molecole organiche, e di caratterizzarne
le risposte elettriche ed ottiche.
Accanto ai successi accumulati in almeno 15 anni di attività e al
riconoscimento internazionale, assumono particolare rilevanza e costituiscono
un punto di forza del progetto, la collaborazione di diverse competenze, la
trasversalità e la multidisciplinarietà. Sono infatti coinvolte nelle
attività le competenze di diversi
settori dell’Ente provenienti da BIOAG-Bimo, NUMA-Chim, NUMA-Matav, TEIN, ING,
FIS-Spett, PRO-Toss con facilities che vanno dalla microscopia elettronica alle
officine meccaniche, dalla chimica analitica alla biologia molecolare per fare
solo alcuni esempi.
COSMIC si basa su attività avviate con progetti che comportano impegni contrattuali con enti finanziatori e partner (UE, Tecnobiochip S.c.a.r.l. e numerose Università italiane ed estere). Inoltre un contratto UE (“Robust chemical Sensors and biosensors for rapid on-line identification of freshly collected milk” – ROSEPROMILK) nell’ambito del 5° PQ (Quality of Life and Management of Living Resources) e’ in corso di formalizzazione. Lo sviluppo di biosensori macroscopici potrà avere ricadute a medio termine nell'industria alimentare e nel controllo ambientale.
Gli obiettivi
misurabili alla fine del Progetto triennale sono:
- ottenere, caratterizzare e depositare opportune
molecole biologiche ed organiche;
- realizzare dimostratori tecnologici (biosensori
macro e microscopici);
- realizzare matrici eterogenee di biomolecole su
scala micrometrica, interfacciandole con sistemi di rivelazione
amperometrica o ottica;
- funzionalizzare i migliori nanoconduttori
naturali, i nanotubi di carbonio, con gruppi organici donatori ed accettori, o con sequenze di DNA.
La mancanza di spazi
attrezzati adeguatamente, l’esiguità delle risorse di personale, le difficoltà
dei bandi di reperimento interno per fruire di competenze, peraltro disponibili
e mirate, e la mancanza di un
effettivo coordinamento sono all’origine dei problemi che hanno
limitato, ma solo in parte, l’espansione e l’evoluzione di queste attività nel
passato recente. Preoccupa pero’ che, a circa un anno dall’avvio delle
attività, queste limitazioni e mancanze perdurino o addirittura peggiorino,
nonostante l’interesse mostrato
dal sistema dei comitati e i risultati della discussione con il Direttore
Generale (17 e 30.01.2001). E’ necessario ribadire che gli obiettivi ambiziosi
del progetto potranno essere raggiunti attraverso:
- l’iniezione di nuove risorse
- l’acquisizione di beni strumentali e la
sostituzione di apparecchiature obsolete;
- il reperimento degli spazi laboratorio
attraverso la ristrutturazione di quelli esistenti e la costruzione
ex-novo.
2.SINTESI AZIONI 2000
Le
attività pregresse non compaiono inspiegabilmente nel Piano 2000, approvato dal
CdA il 2 Maggio (Tabella 3). E’ riportata una breve sintesi per completezza.
Nel corso del 2000, nell’ambito del progetto BIPES sono stati estratti e
purificati centri di reazione fotosintetici. Sono inoltre disponibili numerosi
biosensori elettrochimici miniaturizzati e/o interdigitati per la produzione su
larga scala di dispositivi monouso e/o sistemi di monitoraggio. Per quanto
riguarda NANOBE sono state condotte attività sperimentali volte alla
deposizione di metalli ad alta risoluzione spaziale e un primo lavoro di
frammentazione e purificazione di nanotubi di carbonio
3.RISULTATI Gennaio-Novembre2001
Per una descrizione sinottica dei risultati si vedano le tabelle 1 e 2.
Per approfondimenti: http://www.biosensing.net/cosmic.htm
3.1 ATTIVITA’
TRASDUTTORI
ELETTROCHIMICI O OTTICI: 
la
realizzazione di sensori e biosensori elettrochimici miniaturizzati e/o
interdigitati con geometria adatta alla produzione su larga scala di
dispositivi monouso e/o sistemi di monitoraggio ambientale, alimentare e
farmaceutico: - sensori stampati capillari con una geometria
innovativa fronte/retro che ne consente l’introduzione in ago ipodermico;
- array di sensori stampati e microfluidica
dedicata
- deposizione e caratterizzazione di film sottili
di oro su vetro, silicio, ItO per la realizzazione di trasduttori
elettrochimici o ottici.
- biosensori per la misura dell’attività della
neuraminidasi per l’industria farmaceutica (antinfluenzali);
biosensori
ad inibizione dell’acetilcolinesterasi e sviluppo di protocolli e devices
per la determinazione sul campo dei pesticidi organofosforici e
carbammici diretamente sulla frutta (settore enologico, uva) - biosensori fotosintetici basati su PSII
estratto e purificato da cianobatteri termofili per il monitoraggio e lo
screening di erbicidi in campioni ambientali;
- biosensori ottici ad assorbimento transiente
basati cu centri di reazione fotosintetici.
- MOLECOLE BIOLOGICHE O DI SINTESI E LORO
DEPOSIZIONE./IMMOBILIZZAZIONE
- funzionalizzazione di superfici elettrodiche o
ottiche per l’immobilizzazione reversibile di proteine ricombinanti
atraverso Histidine-tag.
- impiego di molecole ingegnerizzate (es.
anticorpi di tipo scFv contro il CMV, proteina E7, centri di reazione
fotosintetici) per l'immobilizzazione su elettrodi stampati. Fusione
genica di un scFv con il gene della fosfatasi alcalina, al fine di
utilizzare questa attività enzimatica per la generazione di un segnale
elettrochimico.
- Anticorpi policlonali per E.Coli e loro impiego
con dispositivo elettrochimico LAPS per analisi in campo ambientale e
alimentare
- Impiego di microorganismi wild type o
ingegnerizzati e loro immobilizzazione/deposizione su superficie
elettrodica per la realizzazione di sensori ambientali per i pesticidi e
i composti fenolici
- estrazione e purificazione di centri di
reazione fotosintetici;
- deposizione di film di LB di proteine
fotosintetiche e loro caratterizzazione.
- sintesi di polimeri a memoria di forma
molecolare e loro impiego nella realizzazione di sensori conduttometrici
per gli erbicidi triazinici
Le attività afferenti
alla Linea NANOTECNOLOGIE non hanno prodotto risultati nel 2001 per la
difficile situazione strutturale dei laboratori e la mancata iniezione di
risorse umane con specifici profili.
I risultati conseguiti
nel primo anno del COSMIC riguardano principalmente aspetti biotecnologici come
l'isolamento di biomolecole naturali o geneticamente modificate, l'impiego
microrganismi wild type o MOGM, la loro immobilizzazione e deposizione con
metodi chimici o fisici (LB film) su trasduttori di tipo elettrochimico o
ottico. I risultatii conseguiti nel corso dell'anno suggeriscono che le due
anime del progetto siano indirizate verso la UTS1 (BIOSENSORI) e la UTS5
(NANOTECNOLOGIE). A questo proposito si veda la tabella 3.
- PRESENTAZIONE PROPOSTE PROGETTUALI
- Nel corso
del primo anno di COSMIC sono state preparate 5 proposte progettuali (FISR,
FIRB, EUREKA, Quality of Life 5th FW UE, Consorzio Interuniversitario
Biotecnologie). 4 di esse sono in attesa di valutazione, una ha invece ottenuto il
finanziamento (UE) ed e' in
corso la formalizzazione
della delibera (Tabella 1)
- REALIZZAZIONE SITO “COSMIC” (http://www.biosensing.net/cosmic.htm)
- E’ stato realizzato un sito che raccoglie e
organizza i risultati dell’aggregato progettuale (Figura 1) per stimolare
le collaborazioni nazionali ed internazionali. A tre mesi dalla sua
apertura, il sito rivece quotidianamente visite da ogni parte del mondo
(DE, FR, UK, USA, JP) e da istituzioni di ricerca come EPA, NASA, MPI,
CEA. Una parte del sito è ad accesso protetto e limitato ai soli
partecipanti ENEA del COSMIC.
3.2
Partecipazioni a congressi
"COSMIC:
Coupling Smart Molecules Into Chips" presented at AISEM 2001 conference held in Pisa (italy) on February 5th-7th (2001)
<http://www.sssup.it/www/aisem/aisem.htm>. O.Bitti,
C.Cantale, G.D'Agostaro, F.Dalla Riva, M.De Francesco, R.Franconi, M.Grollino,
A.Lai, A.Lucchi, A.Masci, D.Masci, P.Morales, L.Nardi, L.Nencini, E.Palmieri,
R.Pilloton, N.Pucello, U.Rubizzo, M.Sperandei
"Time
dependent absorption as optical method for herbicide detection" presented
at AISEM 2001 conference held in Pisa
(italy) on February 5th-7th (2001)
<http://www.sssup.it/www/aisem/aisem.htm>. F.Baldini, C Domenici, A Giannetti,
D.Masci, A.A.Mencaglia
"Immobilisation of natural and engineered molecules on
electrodes and optical surfaces" presented at ECOF 8 held in Otranto (Lecce, Italy) on September
3rd-7th (2001). J. Maly,. E. Illiano, M. Sabato, M. De Francesco, R. Franconi, A. Masci,
D. Masci, J. Masojidek, R.Pilloton
"A BIOSENSOR FOR ESCHERICHIA COLI BASED ON A
POTENTIOMETRIC ALTERNATING BIOSENSING (PAB) TRANSDUCER"
presented at Eurosensors XI held in Munich 10-14 June 2001. C. Ercole, M. Del Gallo, M.
Pantalone, S. Santucci, L. Mosiello, C. Laconi and A. Lepidi
3.3
Lavori in corso di pubblicazione
"Immobilisation of engineered molecules on electrodes
and optical surfaces".
J.Maly, E.Illiano, M.Sabato, M.De Francesco, V.Pinto, A.Masci, D.Masci, J.Masojidek, M.Sugiura,
R.Franconi and R.Pilloton - in press on Material Science and Engineering
"A BIOSENSOR FOR ESCHERICHIA COLI BASED ON A
POTENTIOMETRIC ALTERNATING BIOSENSING (PAB) TRANSDUCER" C.
Ercole, M. Del Gallo, M. Pantalone, S. Santucci, L. Mosiello, C. Laconi and A.
Lepidi, in press on Sensors and Actuators Part B
“A biosensor for the
detection of triazine and phenylurea herbicides designed using Photosystem II
coupled to a screen printed electrode”-
Michal Koblízek, Jan Malý, Jirí Masojídek, Josef Komenda, Tomáš Kucera, Maria
T.Giardi, Autar K. Mattoo and Roberto Pilloton, in press on Biotechnology &
Bioengineering
Figura 1: la pagina iniziale del sito del COSMIC
Tabella 1
|
Sinopsi dell’aggregato progettuale
COSMIC |
|
|
Parole chiave con riferimento alla matrice
strategica delle finalità e degli obiettivi dell’Ente nel Piano Triennale
2001-2003: |
Proteggere l’uomo, Biosicurezza alimentare ed ambientale,
Scienze Biomediche. |
|
Tipologia della ricerca |
:RFO |
|
Staff 2001: |
|
|
Ricercatori: |
C.Cantale, G.D'Agostaro,
R.Franconi, M.Grollino, A.Lai, D.Masci, P.Morales, L. Mosiello,
L.Nardi, L.Nencini, R.Pilloton, M.Sperandei, V.Tiberi |
|
Tecnici: |
A.Masci, M.De Francesco, A.Lucchi,
O.Bitti, E.Palmieri |
|
Ricercatori
esterni: |
C.Laconi, M.Sabato, M.R.Montereali, E.Podestà, F.Dalla Riva, |
|
Borse
internazionali: |
S.Timur,
J.Maly |
|
Studenti: |
A.Boni, E..Illiano, S.Marino,
A.Volpe, E.Magarò, L.Della Seta, |
|
Progetti: |
|
BIPES (dr.D.Masci)
|
Piano Nazionale di Bioelettronica.
Il 2002 e’ l’anno conclusivo |
|
MOPSMARTS
(dr.R.Pilloton) |
FISR presentato il 28/02/2001, in
attesa di valutazione |
|
CIB 2001 (dr.R.Pilloton) |
Presentato il 30/09/2001, in
attesa di valutazione |
|
BIOMODES (dr.D.Masci) |
Progetto Eureka in corso di
preparazione |
|
FIRB-PNR 2001-2003 (dr.R.Pilloton) |
Presentato il 15/10/2001, in
attesa di valutazione |
|
ROSEPROMILK (dr.R.Pilloton) |
Quality of Life, 5thFW, approvato
e in corso di formalizzazione |
|
PARTNERS Prof.L.Zolla, University of Tuscia, Viterbo
Italy
Dr.I.Vass, Biological res. Center, Szeged
Hungary Dr.F.Mazzei, University of Rome, Rome Italy Dr.J.Masojidek, Czech Accademy of Sciences,
Trebon Czech Rep. Dr.Krejci, KreJci Engineering, Czech Republòic Dr.F.Baldini,
CNR-IROE, Firenze Italy Dr.A.Mencaglia,
Prodotec, Firenze, Italy Prof.G.Augusti-Tocco
Università di Roma "La Sapienza" Prof.C.Palleschi
Università di Roma La Sapienza Prof.G.Palleschi
Università di Roma Tor Vergata Dr. M.
Zen ITC-irst Divisione Microsistemi (TN)
Prof.P.
Dario MiTech Labs - Scuola Superiore S. Anna (PI) Prof.G.
Marletta Università di Catania Dr.G.De
Bellis CNR-ITB (MI) Dr.P.Perlo
Centro Ricerche FIAT (TO) Dr.G.Pennesi
CNR-ICMAT - ROMA Prof.
Luigi Fabbrizzi Università di Pavia Dr.M.Cocco
Technobiochip s.c.a.r.l. Marciana (LI)
Prof. E. Marconi - University of Molise Dr.J.Hart University of West England Dr.O.Lind DeLaval Prof.S.Alegret
Universitat Autonoma de Barcelona Prof.P.Vadgama
Queen Mary University of London Dr.P.
Cagnasso PARMALAT Dr.T.Mottram Silsoe Research Institute |
|
Tabella 2: Formazione
|
Tesi:
|
|
Borse
internazionali
|
Tabella 3: Breve cronistoria dell’aggregato progettuale
COSMIC:
|
Data |
Descrizione |
Commento |
|
15 Marzo 2000 |
Il
progetto CoSMiC e’ presentato al sistema dei comitati in risposta alla call
del presidente |
Si
tratta di un progetto bottom-up che aggrega circa 20 persone tra tecnici e
ricercatori con un approccio trasversale e multidisciplinare |
|
17 Gennaio 2001 |
Il Direttore Generale presenta i
risultati della valutazione dei comitati alla divisione BioAg |
Cosmic, Bipes e Nanobe sono
considerati strategici e raccomandabili |
|
15 Febbraio 2001 (Presentazione delle schede
budget 2001) |
I progetti BIPES, CoSMiC e
NANOBE, sono unificati sulla scorta di una sostanziale unitarietà di
approccio metodologico, di obiettivi previsti, andando a costituire in toto
l’aggregato progettuale “COSMIC,” che, attraverso la messa a punto di
biosensori ambientali e alimentari, persegue l’obiettivo della produzione di
know-out finalizzato all’innovazione e allo sviluppo delle PMI “high-tech”. |
Le richieste di 3 assunzioni per
profili specifici di ricercatori e 2 contratti di ricerca, accordate dalla
divisione BIOAG, non hanno alcun esito nel corso dell’anno |
|
02 Aprile 2001 |
Riunione “Risorse strumentali
2001” |
Le risorse strumentali richieste
da COSMIC alla divisione BIOAG non sono mai state accordate. |
|
12 Aprile 2001 |
Come richiesto dal
Direttore Generale nella riunione del 17.01.2001, è presentato alla divisione
BioAg il documento “opzioni
per il reperimento di spazi per il Progetto COSMIC” |
Il documento non e’ stato
considerato. La situazione disastrosa dei
laboratori impiegati dal COSMIC permane. |
|
02 Maggio 2001 |
Il consiglio di
amministrazione approva le schede budge 2001 e il piano annuale 2000 |
Il piano annuale 2000 non
contiene alcun riferimento alle attività della divisione BIOAG giudicate
raccomandabili dai comitati. |
|
Novembre 2001 |
Separazione delle
due Linee: Biosensori e Nanotecnologie |
Il clima di incertezza e le
mancate risorse umane, strumentali e strutturali portano alla spaccatura
dell’aggregazione Biosensori e Nanoelettronica con la conseguente confluenza
del Dr.P.Morales alla UTS5 |