Dai laboratori di Princeton ai nanosensori contro i PFAS: la sfida di Margherita Maiuri

L’abbiamo incontrata appena rientrata dalla sua terza maternità e già di nuovo pienamente immersa nel lavoro: coordinare il suo gruppo di ricerca e seguire gli sviluppi di un nuovo laboratorio in costruzione. Il suo lavoro si colloca al confine tra ricerca fondamentale e applicazioni concrete, con l’obiettivo di tradurre risultati scientifici avanzati in tecnologie utili per la società.

Calma e determinata, accoglie le sfide con naturalezza. Sorridente, mentre racconta con passione il percorso che l’ha portata dalla ricerca di base allo sviluppo di nuovi nanosensori per il monitoraggio dei PFAS. E alle ragazze interessate alla scienza lascia un invito: costruire un percorso coerente con le proprie inclinazioni, senza rinunciare alle proprie ambizioni.

Moltissimo. Molte delle idee alla base sia dell’ERC ULYSSES sia del Proof of Concept nascono da collaborazioni sviluppate negli Stati Uniti, in particolare con la Princeton University e con la Columbia University. Negli ultimi anni mi sono spostata dalla spettroscopia molecolare verso la nanofotonica e la dispositivistica: poter cambiare ambito, pur restando nella stessa disciplina, è stato fondamentale.

La capacità di attraversare temi diversi è una delle chiavi vincenti nei progetti, ma più in generale nella ricerca oggi. Al tempo stesso, una caratteristica distintiva  del nostro Dipartimento di Fisica è l’apertura alla collaborazione: c’è sempre entusiasmo nel portare dentro idee nuove. Questa flessibilità è importante, perché permette di spaziare e di far crescere le idee.

Il progetto METASENSE nasce proprio da questo contesto: dall’incontro tra competenze diverse e da una collaborazione consolidata con colleghi di Chimica. A un certo punto è diventato chiaro che da lì potesse emergere un solido punto di partenza per un Proof of Concept.

Sono stati decisivi. Questi finanziamenti permettono non solo di sviluppare idee, ma di costruire le condizioni per farlo: nuovi laboratori, strumentazione, gruppi di ricerca.

Nel mio caso, stanno rendendo possibile l’avvio di un laboratorio da zero, con la possibilità di sviluppare nuove tematiche di ricerca. Significa anche attrarre persone e ampliare il gruppo. In un contesto in cui i finanziamenti competitivi sono centrali, i programmi europei restano un riferimento fondamentale per sostenere ricerca ambiziosa nel medio-lungo periodo, anche costruendo nuove infrastrutture sperimentali.

Avere risorse vuol dire anche avere una forza attrattiva e mantenere alta la reputazione internazionale Avendo avuto la possibilità di vedere laboratori diversi, posso dire che la qualità della ricerca che facciamo qui è molto alta. È anche il motivo per cui sono molto contenta di lavorare al Dipartimento di Fisica del Politecnico. Certo, ripartire da zero è faticoso, ma è fisiologico.

 

Il Proof of Concept è pensato per spingere idee innovative verso una validazione concreta, in direzione del brevetto, della scalabilità, dell’applicazione industriale. È un supporto prezioso per progetti molto rischiosi ma anche molto promettenti. Rispetto a un ERC tradizionale, è un progetto più breve — dura un anno e mezzo — ed è focalizzato sulla validazione sperimentale di un’idea già emersa, più che su uno studio di base approfondito. Per questo, per me, è particolarmente interessante: mi permette di vedere una dimensione della ricerca più applicata, che finora avevo toccato meno, ma che nel nostro Dipartimento diversi colleghi hanno già imparato a portare avanti molto bene.

Sono sostanze chimiche sintetiche molto utilizzate in ambito industriale per la loro resistenza: servono per esempio, a rendere i materiali antiaderenti, oppure resistenti al calore, agli agenti chimici o all’usura. 

Questa loro stabilità, che rappresenta un vantaggio dal punto di vista industriale, diventa però un problema nel momento in cui vengono rilasciate nell’ambiente. È difficile eliminarle, e tendono ad accumularsi, in particolare nell’acqua.

Si possono trovare sia nelle acque destinate all’uso domestico, oppure in quelle utilizzata per irrigare i campi, o ancora nell’ acqua potabile. Anche a concentrazioni molto basse i PFAS rappresentano un rischio, perché sono sostanze tossiche e possono avere un impatto sulla salute e sull’ambiente. Per questo è fondamentale sviluppare metodi di rilevazione rapidi ed efficaci, che permettano di intervenire in tempi brevi.

Oggi molte analisi richiedono strumenti complessi e non facilmente trasportabili, come gli spettrometri di massa, e procedure lunghe. L’obiettivo di METASENSE è andare verso misure in situ, più rapide e accessibili.

L’obiettivo finale è avere un piccolo dispositivo compatto, che contenga il nostro nanosensore basato su metasuperfici. Si tratta di strutture estremamente sensibili ai cambiamenti dell’ambiente circostante: i segnali ottici che misuriamo cambiano in modo molto rapido e con contrasti elevati quando il sensore viene esposto a variazioni chimiche. In pratica, se si vuole analizzare un campione d’acqua, si può introdurre una piccola quantità in un circuito fluidico e osservare come la risposta ottica del sensore varia in funzione della concentrazione della sostanza che vogliamo misurare.

Quanto più alta è la concentrazione, tanto più evidente sarà il cambiamento del segnale. La vera difficoltà, naturalmente, è spingersi verso limiti di rilevazione molto bassi: servono strumenti altamente sensibili, capaci di cogliere variazioni minime. In questo senso gli approcci ottici possono essere una buona soluzione, anche se esistono naturalmente altre strategie, come quelle elettrochimiche, ciascuna con vantaggi e limiti.

Noi puntiamo a una tecnologia che sia in tempo reale, portatile, compatta e anche riutilizzabile. A differenza di molti test usa-e-getta, l’idea è di avere un sensore che possa essere pulito e riportato allo stato iniziale, così da essere utilizzato più volte senza dover buttare cartucce o supporti dopo ogni misura.

Sì. Un aspetto importante è la riusabilità. A differenza di molti test usa-e-getta, vogliamo sviluppare un sensore che possa essere rigenerato dopo ogni misura e riutilizzato. 
Stiamo lavorando sulla funzionalizzazione della superficie insieme ai chimici, per rendere il sensore selettivo verso specifici PFAS. Questo è ciò che permette di avere misure mirate ed efficaci.

Le possibili applicazioni sono molte. Stiamo testando il dispositivo anche su campioni reali, come acqua di rubinetto, e i primi risultati indicano che possiamo essere competitivi rispetto ai limiti richiesti dalla normativa europea.

Se validato, il dispositivo potrebbe essere utilizzato per monitoraggio ambientale, bonifiche, controllo degli scarichi industriali o anche in contesti più vicini all’uso quotidiano. L’idea è fornire uno strumento rapido per prendere decisioni informate sull’uso dell’acqua.

Sì, il Proof of Concept è pensato proprio per questo: validare un’idea e verificarne il potenziale di trasferimento tecnologico.

METASENSE nasce da una piattaforma sviluppata nella ricerca di base, quella delle metasuperfici, che nel mio ERC utilizziamo per studiare e modificare reazioni chimiche ultraveloci. Durante questi studi ci siamo accorti di quanto queste strutture fossero sensibili all’ambiente. Da qui è nata l’idea: se questa sensibilità è così elevata, allora esiste tutta una classe di problemi che queste nanostrutture possono affrontare, e tra questi c’è anche la rilevazione di sostanze chimiche in acqua. In sostanza METASENSE nasce così: da una piattaforma sviluppata nella ricerca di base che si apre a un’applicazione concreta e ad alto impatto.

Esatto. Le metasuperfici sono la base del progetto. Sono nanostrutture di cui ho iniziato a occuparmi qui al Dipartimento e poi con collaboratori alla Columbia e a Princeton, che hanno realizzato per noi le prime strutture e ci hanno permesso di comprenderle a fondo dal punto di vista ottico. Da lì siamo arrivati a immaginare possibili applicazioni. È un mondo vastissimo e molto competitivo, ma proprio per questo estremamente stimolante.

Per quanto riguarda la ricerca di base siamo assolutamente competitivi. La capacità di caratterizzare fenomeni complessi in modo profondo è un nostro punto di forza. Dove siamo meno strutturati è forse nella fase di trasferimento industriale, dove altri ecosistemi sono più consolidati. Ma sul piano della qualità scientifica e della ricerca fondamentale il confronto internazionale c’è ed è molto solido. 

Sì, certamente. Ogni passaggio di carriera o di esperienza comporta anche momenti di crisi o di ridefinizione. La Marie Curie a Princeton è stata la prima esperienza forte e continuativa all’estero, che mi ha permesso di lavorare in modo indipendente. 

Ero già stata a Harvard durante il master, quindi avevo già intravisto il mondo americano, sicuramente molto competitivo e meno orientato al supporto reciproco rispetto a quello che sento più vicino alla nostra impostazione europea. Io apprezzo molto l’approccio collaborativo, perché secondo me rende tutti più veloci. L’individualismo può essere utile, ma va usato bene.

Un secondo momento importante è stato il rientro in Italia e il passaggio a un ruolo più autonomo, con la costruzione e il coordinamento di un gruppo di ricerca. Questo ha comportato anche un cambiamento nel modo di lavorare: dalla ricerca individuale alla gestione di persone, progetti e infrastrutture, anche accettando di passare meno tempo direttamente in laboratorio. 
Per me essere madre è una parte molto importante della mia vita, a cui non ho voluto rinunciare. Questo ovviamente ha cambiato il mio modo di lavorare: ho dovuto imparare a fidarmi degli altri, a formare persone, a delegare. Anche questa è una prova importante, per capire se si è davvero in grado di fare questo mestiere.

C’è poi una competizione  scientifica molto alta, e sviluppare nuove idee richiede tempo, studio, aggiornamento continuo sulla letteratura. Quando si è più giovani si può concentrare tutto su un unico tema; poi, andando avanti con la carriera, le responsabilità si moltiplicano. Per questo è fondamentale lavorare con persone con background diversi. Oggi, per esempio, abbiamo bisogno di competenze più chimiche per la funzionalizzazione delle strutture, oppure di biofisici per altri progetti, come quelli sulla fotosintesi artificiale. La multidisciplinarità è una parola che si usa molto, ma nel nostro caso è reale e aiuta a crescere.

Costruire un laboratorio significa creare un ambiente di ricerca, uno spazio condiviso che cresce nel tempo. È un processo impegnativo, non privo di imprevisti, ma anche molto gratificante. Attualmente ci sono una decina di persone tra postdoc, dottorandi e tesisti che lavorano direttamente con me. Poi nel gruppo più ampio di spettroscopia ottica ultraveloce siamo in tanti, sempre ben guidati dal Professore Giulio Cerullo.

È stato bello anche vedere come negli ultimi anni alcuni post-doc abbiano poi fatto domanda e vinto finanziamenti Marie Curie per proseguire la loro carriera accademica, altri abbiano cambiato ambito o intrapreso strade diverse. Anche questa parte di mentoring mi piace molto, ho avuto la fortuna di avere grandi mentor, sia sul lavoro e anche nella vita personale.

Non è semplice, ma cerco di organizzarmi al meglio, sia al lavoro sia a livello personale Il supporto esterno è fondamentale.
Pensi che il progetto METASENSE è stato sottomesso a pochissimi giorni dall’arrivo del mio terzo figlio, ci ha portato fortuna.
Da chi vive queste situazioni in prima persona c’è molta stima per tutte le ricercatrici che cercano di portare avanti questo tipo di vita, che da fuori magari può sembrare scontata, ma non lo è affatto. Ci sono esempi di donne che gestiscono insieme ricerca e famiglia e avere questi modelli a cui guardare aiuta.

Sì. A livello di studenti e dottorato i numeri sono buoni, ma diminuiscono nelle fasi più avanzate della carriera. Esistono strumenti che cercano di compensare alcune difficoltà, come la flessibilità nei bandi europei per chi ha avuto interruzioni legate alla maternità. Con ULYSSES per esempio, che dura cinque anni, abbiamo avuto un’estensione legata alle mie interruzioni per maternità. Sono segnali importanti, ma il divario esiste ancora. 

Sì, capita, per esempio in conferenze o board scientifici. Si lavora sempre in modo professionale, ma è un dato di fatto che la rappresentanza non sia ancora equilibrata.

Non esiste un unico percorso, e non bisogna cercare di aderire a un modello prestabilito. È importante costruire un percorso coerente con le proprie inclinazioni, senza rinunciare alle proprie ambizioni. 
Le priorità cambiano nel tempo: all’inizio magari si vive il laboratorio in modo totalizzante, poi entrano in gioco altre responsabilità. 
Serve flessibilità, capacità di adattamento e anche una rete di supporto.

Vedi anche intervista a Margherita Maiuri del marzo 2022