DOMANI

Dynamic Observation and Machine learning-assisted profiling for fast Assessment of submicroplastics and Native ecocorona In exposure media

Responsabile: Simona Ortelli
Personale coinvolto: Anna Luisa Costa
Data di inizio: 30/11/2023
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 239 690,00 €
Bando: PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR) Missione 4 “Istruzione e Ricerca” – Componente C2 Investimento 1.1, “Fondo per il Programma Nazionale di Ricerca e Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN)” PRIN 2022 PNRR – D.D. 1409 del 14/09/2022
Ruolo CNR-ISSMC: Partner
Coordinatore: Valentina Marassi (Università degli Studi di Bologna), Simona Ortelli (co-PI)
Consorzio: Università degli Studi di Bologna (Valentina Marassi), INRIM (Alessio Sacco), CNR-ISSMC

DOMANI mira a stabilire un approccio pragmatico, orientato ai risultati e rigoroso per raggiungere due obiettivi ortogonali.

1) Il primo è la comprensione di eco-corone su sub-micro plastiche (SMP) attraverso la profilazione, il frazionamento e la caratterizzazione quali-quantitativa delle SMP nei mezzi di esposizione.
2) Il secondo e più ambizioso è la progettazione di approcci modellistici per profilare dinamicamente e riconoscere matrici ambientali in modalità fast-result/fast-action, creando strumenti di screening basati su analisi più semplici prima di ricorrere a tempo, denaro e ambiente -quelli pesanti.

DOMANI mette insieme competenze interdisciplinari per ideare strategie orientate alla matrice, sfruttando la chimica e la metrologia analitica, superficiale e colloidale e beneficiando della chemiometria, dell’analisi multiblocco e dell’apprendimento automatico.
Radicate nella sinergia con i progetti europei PlasticsFate e PlasticTrace, e derivanti dall’eccellenza italiana nella ricerca (Accademia-UniBO, Consiglio Nazionale delle Ricerche-ISSMC e Istituto Nazionale di Metrologia-INRIM), le Unità coinvolte collaboreranno congiuntamente per creare conoscenza e strumenti per lo studio SMP ed eco-corona.
In quanto tale, DOMANI mira a contribuire all’obiettivo della strategia europea sulla plastica di ridurre l’impatto del SMP sull’ambiente.

Risultati raggiunti

Il progetto DOMANI ha raggiunto gli obiettivi previsti, sviluppando strategie interdisciplinari per la caratterizzazione di micro- e nanoplastiche (SMP) in matrici ambientali e alimentari e per la comprensione della formazione delle eco-corone sulla superficie delle particelle. Il progetto ha integrato competenze di chimica analitica, chimica delle superfici e colloidale, metrologia, chemometria, analisi multiblocco e Machine Learning.
Le attività hanno riguardato lo sviluppo e l’armonizzazione di metodi statici e dinamici per la caratterizzazione delle SMP, la valutazione del loro comportamento in matrici ambientali e alimentari e l’integrazione dei dati ottenuti mediante differenti tecniche analitiche.

Principali risultati

• Sono stati selezionati e caratterizzati materiali di riferimento a base di polistirene (PS), nonché nanoplastiche secondarie di PET, PE e PP, con dimensioni comprese indicativamente tra 70 nm e 1,5 µm.
• È stata sviluppata e armonizzata una procedura operativa standard (SOP) per la caratterizzazione statica delle dispersioni acquose di SMP mediante FESEM, DLS ed ELS.
• Sono state sviluppate e valutate metodologie dinamiche basate su Field-Flow Fractionation (FFF) e tecniche di rivelazione complementari, inclusa la pirolisi-GC-MS.
• È stato studiato il comportamento delle SMP in matrici ambientali, inclusa acqua di mare simulata, e in matrici alimentari quali latte e polline.
• La formazione di eco-corone è stata studiata attraverso l’interazione delle SMP con biomolecole e componenti delle matrici, tra cui albumina sierica bovina (BSA) e componenti del polline.
• Il confronto tra tecniche di caratterizzazione ha evidenziato, per il latte, i vantaggi della Centrifugal Liquid Sedimentation (CLS) rispetto alla DLS per l’identificazione della distribuzione dimensionale delle nanoplastiche.
• Sono state sviluppate strategie di analisi multivariata e Machine Learning per integrare dati provenienti da tecniche diverse e distinguere matrici pulite da matrici contenenti plastiche.
• È stata creata una banca dati condivisa per raccogliere e armonizzare i dati sperimentali prodotti dalle tre unità di ricerca.

Pubblicazioni

I risultati del progetto hanno portato alla pubblicazione di due articoli scientifici internazionali:

• A. Placci, M. Fadda, I. Coralli, J. Wang, A. Zattoni, A. Costa, R. Portela, A.M. Giovannozzi, D. Fabbri, D. Melucci, S. Giordani, B. Roda, P. Reschiglian, S. Ortelli, A. Sacco and V. Marassi, Multitechnique Characterization of Eco-Corona Formation on Airborne Nanoplastics, RSC Adv., 2025, 15, 30849
• S. Giordani, M. J. Huber, I.S. Jüngling, A. Zattoni, B. Roda, P. Reschiglian, V. Marassi, N.P. Ivleva, Online Coupling of Field-Flow Fractionation with Raman Microspectroscopy Enables the Advanced Study of Nanoplastics Directly in Food, Anal. Chem. (2026) 98 (1): 488–496

Articoli in preparazione

– Pubblicazione sulla matrice latte e sull’identificazione delle plastiche mediante multidetection e Raman online.
– Pubblicazione sulla formazione di plastiche ed eco-corone nella matrice polline.
– Manoscritto relativo allo studio interlaboratorio su plastiche standard in mezzi controllati.
– Studio su SERS di SMP e matrici campione e su nuove strategie di caratterizzazione mediante tecniche innovative.
– Ulteriori manoscritti sulla caratterizzazione colloidale delle SMP nel latte e sullo studio interlaboratorio delle plastiche in matrici rilevanti.

Prospettive

I risultati ottenuti forniscono una base metodologica per la caratterizzazione delle micro- e nanoplastiche in matrici ambientali e alimentari complesse. L’integrazione di tecniche statiche, semi-dinamiche e dinamiche, insieme all’analisi multivariata e al Machine Learning, ha dimostrato il potenziale di strategie di profiling per l’identificazione delle nanoplastiche e per la valutazione delle modificazioni superficiali associate all’interazione con le matrici di esposizione.