Il Progetto

Il progetto BIOTRACK si propone di approfondire lo studio delle potenzialità del fluoruro di litio (LiF), in forma di cristallo semplice e/o funzionalizzato, come potenziale Fluorescent Nuclear Track Detectors (FNTD) per esperimenti di radiobiologia mediante irraggiamento con protoni.

Le peculiari caratteristiche del fluoruro di litio, un alogenuro alcalino storicamente noto per il suo utilizzo come mezzo attivo in laser e come dosimetro termoluminescente, sono tali da renderlo sensibile a diversi tipi di radiazione ionizzante (elettroni, raggi X, raggi gamma, protoni e ioni pesanti) che provocano la formazione nel materiale di difetti luminescenti, noti come centri di colore. Questi centri emettono luce visibile se stimolati con illuminazione blu senza alcun bisogno di sviluppo o trattamento post-irraggiamento. Sfruttando l’elevatissima risoluzione spaziale dei sensori basati su cristalli di fluoruro di litio, verranno sviluppati rivelatori di singole tracce fluorescenti (FNTD) per esperimenti di radiobiologia. Rispetto ai sensori a stato solido passivi attualmente usati, i cristalli di LiF offrono una maggiore risoluzione spaziale, permettendo una stima più accurata della dose. Conoscere la distribuzione spaziale e la dose media fornita localmente ai tessuti è infatti cruciale per valutare l’entità del danno indotto dalle radiazioni utilizzate in adroterapia.

La domanda crescente di soluzioni innovative per interfacciare dispositivi tecnologici con sistemi biologici, richiede di indirizzare la ricerca verso lo sviluppo di rivelatori biocompatibili. Ottenere informazioni sull’energia depositata a livello della singola cellula e sui parametri fisici del fascio di radiazione utilizzato è infatti fondamentale per la correlazione diretta tra la radiazione misurata e la risposta cellulare. Per raggiungere questo obiettivo i rivelatori di tracce basati su fluoruro di litio verranno funzionalizzati con film sottili di microgel (particelle mesoscopiche costituite internamente da un gel) di poli(N-isoprilacrilammide) (PNIPAM). Il PNIPAM è infatti uno dei polimeri più utilizzati come substrato per colture cellulari, grazie alla possibilità di controllare la transizione da idrofilico a idrofobico variando la temperatura nell’intervallo in cui tipicamente avvengono i processi fisiologici. Grazie a queste caratteristiche il PNIPAM rappresenta il materiale ideale per un controllo semplice e diretto dell’adesione delle cellule. L’utilizzo del PNIPAM sotto forma di microgel permetterà di ottenere film sottili di spessore, rugosità e idrofobicità controllati, grazie ai quali sarà possibile funzionalizzare i rivelatori FNTD basati su LiF. In questo modo si otterranno nuovi rivelatori biocompatibili che combinano l’elevata risoluzione spaziale del LiF con la versatilità del PNIPAM, in grado di rispondere alle esigenze della radiobiologia a costi contenuti e con soluzioni totalmente ecosostenibili e di potenziale interesse per le imprese che operano nel settore.

Le attività sperimentali che qualificano il progetto BIOTRACK saranno indirizzate verso il raggiungimento di due obiettivi specifici:

1. sviluppo di rivelatori di tracce fluorescenti basati su fluoruro di litio (LiF) per dosimetria in esperimenti di radiobiologia;
2. sviluppo di rivelatori biocompatibili di tracce fluorescenti ibridi (LiF-microgel) per esperimenti di radiobiologia su colture cellulari.