Il dottorando Antonio Leonardi vince il premio “Brovetto” della Società italiana di Fisica

Per una tesi magistrale su biosensori ottici basati su nanofili di silicio

26 Settembre 2019
Alfio Russo

«Onestamente non pensavo di essere il vincitore del premio, è stata una sorpresa enorme. Ricordo che mi trovavo in vacanza con i miei amici e non riuscivo a crederci, pensavo che la comunicazione mi fosse giunta per sbaglio». Antonio Alessio Leonardi, dottorando del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Catania, non nasconde affatto la propria sorpresa sul conferimento del Premio “Brovetto” che la Società Italiana di Fisica gli ha consegnato qualche giorno fa al Gran Sasso Science Institute di L’Aquila.

Il premio era riservato ai soci che abbiano conseguito una laurea specialistica/magistrale in Fisica dopo il 1° gennaio 2016 discutendo una tesi su un argomento di Fisica sperimentale della materia, ed è finito proprio nelle mani del dottorando etneo per una ricerca sulla “realizzazione dei primi biosensori ottici label-free basati sulla luminescenza a temperatura ambiente di nanofili di silicio”, così come recita la motivazione.

«Il titolo della mia tesi magistrale è “Sensore biologico basato su nanofili di silicio” – spiega Antonio, che ha ricevuto il premio dalla prof.ssa Luisa Cifarelli, presidente della Società Italiana di Fisica -. Con questo lavoro mi sono occupato della realizzazione del primo sensore basato sulla luminescenza di nanofili di silicio per la rivelazione di biomarcatori. In particolar modo della realizzazione di un sensore selettivo ed estremamente sensibile per la rivelazione della proteina C-reattiva, principale biomarcatore del rischio di infarto. L’uso dei biomarcatori al fine di monitorare lo stato di alcune patologie si è rivelato di estremo interesse negli ultimi anni con la possibilità di tenere sotto controllo diversi patologie altrimenti mortali. La proteina C-reattiva viene misurata in sangue vista la scarsa sensibilità dei metodi al momento a disposizione. Le nanotecnologie con la possibilità di nanostrutturare la materia stanno emergendo come innovative soluzioni tecnologiche nei più disparati campi, dalla microelettronica all’energetica fino alla sensoristica».

«I nanomateriali si trovano nelle creme solari per schermare i raggi UV o in tessuti, con effetti antibatterici – aggiunge il ventisettenne dottorando di ricerca di origine acese -. Tuttavia ancora le soluzioni presentate nell’ambito della sensoristica non trovano una forte applicazione commerciale soprattutto per via degli alti costi dei materiali e della non compatibilità delle tecniche usate per ottenerli con quelle industrialmente adoperate. Il sensore presentato dal mio gruppo è realizzato in silicio, il materiale leader della microelettronica, con una tecnica a basso costo e industrialmente compatibile. L’utilizzo di nanofili estremamente sottili permette di ottenere emissione di luce da silicio, una proprietà di cui questo materiale normalmente non gode. Inoltre queste strutture sono caratterizzate da una superficie esposta, a parità di volume, enorme. Questo aumenta tantissimo l’interazione del materiale con ciò che lo circonda. Tale sensore permette inoltre limiti di rivelazione tali da poter effettuare un’analisi della proteina C-reattiva persino in saliva con l’estremo vantaggio di una non invasività per il paziente e la possibilità di effettuare l’analisi persino a casa». 

Il progetto nasce da un’intensa collaborazione tra il dipartimento di Fisica dell’Università di Catania, tramite il prof. Francesco Priolo, e l’istituto CNR-IPCF di Messina, tramite la dott.ssa Alessia Irrera. E proprio sui progetti futuri nel campo della ricerca, il dottorando etneo spiega che «è sempre difficile parlare di futuro e, onestamente, oggi lo è probabilmente più di ieri». «Tuttavia sicuramente vorrei continuare a fare ricerca e a farla qui con il gruppo di cui faccio parte – aggiunge -. Non si tratta di provincialità o paura di uscire, sono stato visiting per due settimane all’University College di Londra e altre due settimane al Politecnico di Milano, mentre per sei mesi ho lavorato alla Boston University. Si tratta di consapevolezza, quella che dopo aver visto altre realtà, che Catania ha tanto da offrire e che siamo competitivi in tutto il mondo. Bisogna però anche essere onesti con noi stessi, ed è inutile dire che nel nostro caso bisogna faticare sicuramente di più. La nostra realtà è più dura delle altre e il tessuto industriale e le opportunità che può offrire Catania sono ancora limitate rispetto a tantissime altre realtà. Nonostante tutto, ci sono tantissime eccellenze nel nostro territorio e di certo non posso che sognare di meritare di farne parte in futuro e di restituire qualcosa alla mia terra. Catania e la sua Università possono fare di più e migliorare. Vorrei lottare anch’io per questo pur continuando a viaggiare e interagire con diversi gruppi nel mondo, come ho potuto fare fino ad ora. È chiaro però che se questi sono i sogni non ho di certo intenzione di rimanere un precario pur di restare qui e quindi mi impegnerò finché ci sarà una possibilità di futuro, altrimenti andrò via». 

«Reputo l’offerta formativa del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Catania eccellente ed è sicuramente grazie a questa se ho avuto diverse occasioni – aggiunge il dottorando -. Ho avuto modo di confrontarmi con diversi colleghi anche in tante conferenze, corsi, scuole internazionali e non mi sono mai sentito inferiore. Di certo anche da noi ci sono diverse cose da migliorare, ma la preparazione offerta è assolutamente competitiva a livello internazionale e così è stata riconosciuta fuori». Un interesse per la Fisica della materia coltivato sin dalle scuole superiori e poi approfondito grazie ai docenti Priolo e Irrera. «Il prof. Priolo con la sua preparazione e la passione che mette nelle sue lezioni mi ha fatto innamorare della Fisica della materia – spiega Leonardi -. Ho scelto però di lavorare a questo progetto e in particolare su nanofili di silicio, fotonica e biosensoristica dopo aver partecipato ad una presentazione della dott.ssa Irrera. A lei devo la mia scelta e sicuramente a tutto il nostro gruppo quei piccoli successi ottenuti».

Ritornando alla ricerca sui biosensori ottici, il dott. Leonardo precisa anche che «nel progetto di cui faccio parte per la prima volta in letteratura vengono realizzati sensori basati sulla risposta in termini di emissione di luce da parte di nanofili di silicio». «Questo è dovuto al fatto che il silicio normalmente non emette luce e che è estremamente complicato ottenerla anche con le normali tecniche di nanostrutturazione – spiega il dottorando etneo -. I sensori ottici offrono diversi vantaggi rispetto ad altri, come ad esempio il fatto di non essere affetti da fonti di rumore elettrico e in genere, risultano estremamente sensibili. L’importanza della classe di sensori che il mio gruppo si occupa di realizzare sta nell’unione tra un metodo a basso costo ed industrialmente compatibile per realizzare il materiale, insieme all’elevatissima sensibilità e selettività dei sensori. Nel corso del mio dottorato questi sensori sono stati applicati con successo anche alla rivelazione di pochissime copie di Dna in collaborazione con una multinazionale della microelettronica. Abbiamo dimostrato la rivelazione di poche copie del virus dell’epatite B senza alcun processo di amplificazione del Dna. In genere, infatti, si utilizzano metodi basati sulla reazione a catena polimerase che risultano complessi costosi ma che soprattutto necessitano di laboratori specializzati. Nel nostro caso tutto ciò non serve e il nostro sensore permette la stessa sensibilità dei metodi ad amplificazione di Dna ma senza necessitare di complessi e costosi processi chimici aprendo così la strada alla realizzazione di sensori che possano essere usati al di fuori di strutture specializzate. Questi punti sono estremamente importanti per portare la sensoristica a casa ma anche in contesti scarsamente sviluppati in cui la presenza di laboratori chimici sia scarsa».

E, infine, non mancano i consigli agli studenti delle scuole superiori che vogliono intraprendere un percorso formativo in Fisica. «Consiglierei di iscriversi e di inseguire i propri sogni – spiega il dottorando -. Questa disciplina permette di aprire tantissime strade non solo orientate alla ricerca ma anche alle applicazioni industriali. Soprattutto insegna un modo di pensare e di approcciarsi a qualsiasi tipo di problema che rende la figura del fisico estremamente competitiva in tantissimi ambiti. Consiglierei di valutare seriamente Catania e non solo perché vicino casa, ma perché vale, e vale molto. Consiglierei di farsi un giro nei laboratori, di parlare con i ricercatori e i professori del dipartimento e di capire da solo la bella realtà che troverebbe. Una realtà fatta di professionalità e competenze di alto livello. Per quanto poco possa significare io stesso offro sempre la mia esperienza come studente a chiunque voglia informarsi e rimango sempre disponibile».