Nanocompositi fotoattivi a base grafenica con attività antimicrobica

The reckless use of human and farming antibiotics has led, in time, to significant forms of antibiotics-resistance in pathogenic microorganisms, consequently making their eradication tougher. For this reason, during the latest decades, scientific research has focused on alternative methods of infectious agents’ prevention and eradication, concerning the environmental field as well as the biomedical one. The thesis work focused on the development of composite materials that couple a photoactive material (TiO2) and graphene-based systems, in order to improve their functional properties. Particularly, the carbon phase is able to modify TiO2 surface adsorption properties and to increase the lifetime of electron-holes pairs, photogenerated in the semiconductor. The first part of the work concerned graphene oxide (GO) synthesis starting from graphite, employing a modified Hummers’ method, and the study of its reduction to reduced graphene oxide (rGO) through different approaches (thermal and chemical treatments, UV irradiation). The experimental activity proceeded with nanocomposite preparation, based on a mixture of TiO2 P25 and graphene oxide at different concentrations to establish the best combination for the desired applications. Then, the catalytic activity of oxidized (TiO2-GO) and reduced (TiO2-rGO) nanocomposites was assessed, using as photodegradable substrate Rhodamine B, selected as pollutant model molecule and because of its chemical structure, ideally representative of a bacterial membrane. These experiments allowed us to assess the carbon phase impact on improving reactive oxygen species (ROS) production. Eventually, preliminary tests of antimicrobial activity were carried out in collaboration with the National Institute of Metrological Research of Turin.

L’impiego sconsiderato di antibiotici ad uso umano e negli allevamenti ha portato, nel tempo, ad importanti forme di antibiotico-resistenza nei microrganismi patogeni, rendendone via via più complicata la debellazione. Per questo motivo, negli ultimi decenni, la ricerca si è concentrata su metodi alternativi di prevenzione ed eliminazione di agenti infettivi, tanto in ambito ambientale quanto in quello biomedico. Il lavoro di tesi si è focalizzato sullo sviluppo di materiali compositi che accoppiano un materiale fotoattivo (TiO2) e sistemi a base grafenica in modo da migliorarne le proprietà funzionali. In particolare, la fase carboniosa può modificare le proprietà di adsorbimento superficiale del TiO2 ed aumentare il tempo di vita delle coppie elettrone-lacuna fotogenerate nel semiconduttore. La prima parte del lavoro ha riguardato la sintesi di ossido di grafene (GO) a partire da grafite, tramite metodo di Hummers modificato, e lo studio della sua riduzione a ossido di grafene ridotto (rGO) tramite diversi approcci (trattamenti termici, chimici e irraggiamento UV). L’attività è proseguita con la preparazione di nanocompositi a base di TiO2 P25 e ossido di grafene a diverse concentrazioni in modo da determinare la miglior combinazione per le applicazioni desiderate. Si è, quindi, valutata l’attività catalitica dei nanocompositi in forma ossidata (TiO2-GO) e ridotta (TiO2-rGO) impiegando come substrato da fotodegradare la Rodamina B, scelta come molecola modello di inquinante e per la sua struttura chimica idealmente rappresentativa di una membrana batterica. Questi esperimenti hanno consentito di valutare l’impatto della fase carboniosa nel migliorare la produzione di reactive oxygen species (ROS). Infine, sono stati effettuati test preliminari di attività antibatterica in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino.