Ingegneria termica per terapie mediche e indagini biologiche

Traettoria Tecnologica

Con riferimento alle KETs indicate in Horizon 2020, l'attività proposta può essere collocata in ambito alle biotecnologie, con specifiche ricadute nel campo della salute, così come incluso tra le 12 aree strategiche previste dal PRN 2015-2020 e annoverato tra le azioni prioritarie. L'intersezione di competenze tra settori ingegneristici e medici / biologici costituisce un elemento di valorizzazione incentivato dai citati documenti di pianificazione della ricerca. Dal punto di vista tecnologico la traiettoria è orientata verso il miglioramento delle prestazioni di apparati per impiego clinico e di laboratorio, secondo tecniche proprie delle applicazioni ingegneristiche inerenti i fenomeni di trasporto.

Descrizione dell'attività

L'attività è orientata al consolidamento delle azioni e delle sinergie già in atto tra settori ingegneristici e medici, nel campo della ricerca di base e applicata, per quanto riguarda i fenomeni di trasporto (scambio termico ed efflusso bi-fase) che coinvolgono dispositivi per utilizzo clinico (ablazione epatica e cardiaca) e di laboratorio per indagini biologiche (metabolismo cellulare). In campo ingegneristico, il dominio delle attività di ricerca riguarda le basse temperature, secondo due direttrici:

• Efflusso bi-fase di fluidi biomedicali all'interno di sonde ablative ed analisi delle interfacce fluido - sonda e sonda - tessuto biologico;
• Sviluppo di dispositivi e tecniche utili a realizzare gradienti termici e misure non a contatto di temperatura in colture cellulari.

In ragione delle sperimentazioni già svolte su materiali che imitano il comportamento del tessuto biologico (acqua e agar-gel), l'analisi dell'interfaccia tra sonda e tessuto proseguirà su campioni ex-vivo, secondo la tecnica "Mirror lmage" già implementata e validata (V. Giaretto, C. Passerone, Cryobiology, 79, 2017).
Il setup sperimentale in grado di modulare gradienti termici in colture cellulari impiegherà moduli Peltier in cascata, mentre per la misura non a contatto di temperatura s'intende mettere a punto una tecnica ottica (nel campo del visibile) in alternativa, possibilmente, a quelle radiometriche comunemente impiegate per rivelazioni nell'infrarosso.

Risultati attesi

Dall'analisi dell'interfaccia fluido - sonda, attraverso la caratterizzazione dello spray per dimensione e distribuzione della fase liquida è attesa la modulazione della densità di flusso termico asportato; l'analisi dell'interfaccia sonda - tessuto biologico sarà invece orientata alla previsione dell'avanzamento temporale del fronte termico nel tessuto, con attese che mirano alla predisposizione di linee guida utili in campo clinico. La realizzazione del dispositivo per analisi biologiche, la validazione sperimentale della tecnica di misura non a contatto della temperatura in colture cellulari e la possibile predisposizione di un brevetto, costituiscono le prospettive di questa seconda attività.
Il raggiungimento dei risultati potrà essere verificato attraverso le pubblicazioni scientifiche predisposte.

Parole chiave

1. Scambio termico
2. Efflusso bifase
3. Interfaccia tra le fasi
4. Misure Termiche

Settore(i) ERC di riferimento

• PE2_17 Metrology and measurement
• PE3_3 Transport properties of condensed matter
• PE3 16 Physics of bioloçiical svstems