• farmaci chemioterapici
• sensore bioriassorbibile
• silica nanostrutturata
• strutture grin
• cavità risonanti
• luminescenza
• doxorubicina
• silica porosa

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è realizzare un trasduttore ottico bioriassorbibile per il monitoraggio della concentrazione di chemioterapici fluorescenti, quali la doxorubicina (DXR), in vivo e in situ. La DXR è un agente antitumorale per il trattamento di diverse neoplasie. Un problema della DXR è che la sua efficacia è ridotta in caso di sotto dosaggio, mentre, provoca forti effetti collaterali ad alti dosaggi. Pertanto, è molto importante conoscere con precisione e in tempo reale la concentrazione di DXR nel sito tumorale.
In questo lavoro di tesi, è stato sviluppato un trasduttore ottico che sfrutta e amplifica la fluorescenza intrinseca nel rosso della doxorubicina per il suo rilevamento. Uno dei problemi affrontati è legato alla bassa intensità della fluorescenza intrinseca dalla DXR, che potrebbe renderne difficile la misura in vivo a causa delle perdite ottiche, per scattering e assorbimento, indotte dai tessuti biologici. Per ovviare a questo problema abbiamo sviluppato dei trasduttori di ottici capaci di amplificare la fluorescenza della DXR, in modo da poterla misurare attraverso la pelle. In particolare, sono stati utilizzati due approcci: amplificazione di volume e ottica. La prima consiste nel concentrare le molecole di DXR in piccoli volumi mentre la seconda nel confinare i fotoni emessi dalla DXR in una cavità ottica risonante. Queste due strategie sono state implementate nello stesso dispositivo ottico utilizzando come materiale la silica nanoporosa. La silica nanoporosa, infatti, è 1) bioriassorbile, 2) trasparente, 3) possiede un elevato rapporto superfice/volume che permetter di aumentare la concentrazione di DXR per unità di volume, e 4) il suo indice di rifrazione può essere ingegnerizzato controllandone la porosità per realizzare dispostivi ottici, come le cavità risonanti di questa tesi.
La prima parte della tesi ha riguardato la fabbricazione e caratterizzazione ottica di varie cavità in silica nanoporosa risonanti alla lunghezza d’onda (590 nm), coincidente con il picco di emissione della DXR. Sono state quindi fabbricate e caratterizzate anche cavità risonanti di tipo GRIN (Gradient Refractive INdex) per avere un’amplificazione su un’ampia banda di emissione, da 570 a 620 nm, della DXR. Nella seconda parte della tesi è stato valutato l’utilizzo delle cavità realizzate per amplificare la fluorescenza della DXR. A tal fine sono stati valutati fattori di amplificazione, sensibilità, e limite di rilevamento di tutte le cavità fabbricate. I risultati ottenuti rappresentano un primo passo verso la realizzazione di un sensore ottico bioriassorbibile per il monitoraggio della doxorubicina in vivo e in situ.