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L'attività scientifica del Prof. Emiliano Carretti è focalizzata principalmente alla interpretazione e previsione del comportamento di sistemi complessi, quali colloidi, interfasi e nanomateriali, in campo organico, inorganico ed ibrido con particolare attenzione alle implicazioni applicative che i suddetti sistemi possono avere sia in campo ambientale che in quello della conservazione dei beni culturali e ad altri settori correlati.
L’attività di ricerca è stata svolta nel campo della chimica dei nanomateriali e dei sistemi dispersi (harde soft matter) collocabile nell’ambito del settore scientifico-disciplinare CHIM/12-Chimica dell'Ambiente e dei Beni Culturali:
- messa a punto e descrizione, sia a livello macroscopico che a livello molecolare e supramolecolare della struttura, delle proprietà e delle interazioni implicate al livello dei sistemi nanostrutturati di cui sopra basata sullo sviluppo di metodologie sperimentali volto alla soluzione di problematiche relative a sistemi complessi di interesse sia prettamente chimico, che dei materiali, con particolare riferimento alle loro potenzialità applicative nell’ambito della conservazione dei beni culturali e ambientali;
- promozione delle conoscenze chimiche e tecnologiche per la caratterizzazione, conservazione, restauro e recupero dei beni culturali, con particolare attenzione alla messa a punto di metodologie innovative per la conservazione e il restauro che sfruttino le potenzialità delle nanoscienze e delle nanotecnologie. La suddetta attivitàha prodotto 70 pubblicazioniscientifiche su riviste indicizzate ISI/SCOPUS e 1 brevetto italiano, buona parte delle quali frutto di collaborazioni con enti e ricercatori afferenti sia a istituti italiani che stranieri.
In particolare, l’attività scientifica del Prof Emiliano Carretti si può schematicamente suddividere in vari filoni di ricerca principali.
-Sviluppo e valutazione delle prestazioni di prodotti innovativi per la pulitura di superfici di materiali porosi di interesse artistico e architettonico (principalmente lapidei e litoidi), costituiti da sistemi dispersi nanostrutturati a base acquosa da utilizzarsi al posto di solventi puri per la rimozione di materiali di natura idrofobica (per lo più copolimeri).In questo primo ambito di lavoro la parte di gran lunga più rilevante ed innovativa è stata quella relativa alla messa a punto e all’ottimizzazione di microemulsioni olio-in-acqua e soluzioni micellari a base acquosa (e quindi a basso impatto ambientale) utilizzate per la prima volta per per la rimozione di resine copolimeriche da superfici d’interesse storico-artistico e/o architettonico.
-Studio chimico-strutturale di fluidi a base polimerica ad elevata viscosità (gel sia fisici che chimici e dispersioni polimeriche ad alta viscosità, HVPD) da utilizzarsi per la rimozione selettiva di patine di degrado da superfici pittoriche di interesse storico-artistico (per lo più pitture su tela e tavola), con particolare attenzione alla loro responsività chimica (reoreversibilità), magnetica e alle loro proprietà meccaniche.
In particolare, una parte del lavoro del Dott. Emiliano Carretti è stata focalizzata sull’analisi delle proprietà strutturali e reologiche dei gel e le HVPD messe a punto; questo approccio, come già detto, ha permesso di ottenere informazioni rigorose sul comportamento meccanico dei materiali esaminati, ma soprattutto ha consentito di ottimizzare le loro prestazioni come agenti di pulitura di superfici di interesse storico artistico (principalmente pitture su tela e tavola lignea). Grazie alla loro responsività chimica (sistemi reoreversibili), magnetica e/o alle loro proprietà reologiche, la peculiarità principale di questi sistemi, dal punto di vista applicativo è la possibilità di asportarli completamente dalla superficie trattata, una volta che hanno espletato la loro funzione. Infatti, uno dei problemi che ad oggi si riscontra più spesso durante la pulitura di questi supporti mediante l’uso di gel tradizionali (solitamente a base di acido poliacrilico) è legato alla “residue question”, cioe’ la difficoltà di ottenere la completa rimozione del gelificante dalla superficie dipinta al termine della sua azione “solubilizzante”. I sistemi messi a punto permettono di conseguire simultaneamente due risultati: da una parte si limita al minimo l’azione meccanica necessaria per la rimozione dell’agente pulente (molto energica nel caso si debba rimuovere un gel a base di acido poliacrilico) e al contempo si assicura la completa asportazione del gelificante, minimizzandone i residui sulla superficie pittorica.
-Messa a punto e applicazione di una metodologia conservativa innovativa per reperti ossei basata sull’impiego di nanoparticelle di inorganiche che si propone come alternativa ai metodi di consolidamento tradizionali attualmente in uso e basati sull’utilizzo di materiali di natura polimerica che presentano una scarsa compatibilità chimico-fisica con la matrice ossea e una scarsa durabilità.
-Una parte del lavoro si è indirizzata infine verso la preparazione di materiali che avessero un risvolto come dispositivi per le energie alternative. In particolare sono stati ottenuti film sottili di semiconduttori di interesse nel campo dell'energia fotovoltaica. La possibilità di ottenere strati sottili di semiconduttori da soluzione acquose, a temperatura ambiente e con tecniche a bassa richiesta di energia riscuote in questo periodo di crisi energetica un ruolo sempre più importante. Determinante è ovviamente la possibilità di ottenere film con un numero di difetti basso e con strutture ordinate.
-Studio delle proprietà chimiche di gel ottenuti a partire da gelificanti a basso peso molecolare. Alcuni studi hanno riguardato la caratterizzazione di sistemi a base di tensioattivi derivati della vitamina C, un antiossidante idrofilico con bassa solubilità nei solventi organici che inibisce i danni indotti dai radicali liberi e per questo largamente impiegato in formulazioni di tipo farmaceutico e alimentare. La funzionalizzazione della vitamina C con catene idrofobiche permette di ottenere composti con proprietà tensioattive, parzialmente solubili in solventi organici a bassa polarità. Inoltre, la presenza di una testa polare con proprietà antiossidanti, conferisce a questi organogel fisici funzionalità nuove per la protezione di molecole organiche instabili. Misure SAXS indicano che tali sistemi sono formati da strutture rodlike con le teste polari delle molecole di tensioattivo confinate nel pool idrofilico centrale.
Il Prof. Emiliano Carretti ha inoltre sviluppato conoscenze approfondite di numerose tecniche strumentali quali in particolare la reologia, tecniche di scattering a basso angolo (SANS, SALS e SAXS), tecniche spettroscopiche (FTIR, UV-Vis e fluorescenza), microscopie (SEM, microscopia ottica e AFM) e tecniche analitiche basate sull’uso di biosensori.
E’ da sottolineare che nell’ambito di queste ricerche di frontiera, il Prof. Emiliano Carretti ha contribuito fattivamente all’introduzione delle nanotecnologie nel campo della conservazione di varie tipologie di manufatti di interesse storico-artistico, come testimoniato dal contributo fornito nella stesura di 3 libri (uno edito da Springer, uno da RSC e uno da IOS Press). Infine, per alcune delle tematiche affrontate i primi articoli in assoluto nel mondo fanno parte dell’attività scientifica qui descritta. Molti di essi hanno riscosso l’attenzione di media di elevato interesse scientifico e/o divulgativo a livello internazionale (riviste di alta qualificazione come Nature, Science News, giornali, siti web etc.).
Interessi e argomenti di lavoro del Dott. Emiliano Carretti
(1) Nanotecnologie applicate nel Campo della Conservazione dei Beni Culturali
-Consolidamento di reperti ossei e pitture murali mediante nanoparticelle inorganiche;
-Conservazione/restauro di manufatti a base di materie plastiche (i.e. pellicole conematografiche etc.)
-Materiali fotografici
-Chimica verde applicata nel Campo della Conservazione dei Beni Culturali. Messa a punto e caratterizzazione di fluidi nanostrutturati (microemulsioni e soluzioni micellari) per la pulitura di superfici pittoriche (rimozione di patine di natura organica);
-Messa a punto e caratterizzazione di gel chimici e fisici responsivi per la pulitura di superfici delicate;
(2) Sviluppo di tecniche analitiche innovative in campo ambientale e della conservazione dei Beni Culturali;
(3) Applicazione della reologia per lo studio delle proprietà meccaniche dei fluidi complessi;
(4) Studio della degradazione biologica di materie plastiche;
(5) Studio di metodologie innovative per il biodegrado di inquinanti delle acque reflue.
Legenda
The scientific activity of Prof. Emiliano Carretti is mainly focused on the prevision and on the study of the behavior of complex systems, as colloids, interfaces and nanomaterials (both hard and soft matter) of different nature (both organic and inorganic materials or/and hybrid composites) with particular attention to the possible applicative implications that these systems can have in the field of the environment protection and in Cultural Heritage Conservation.
The scientific activity of Prof. Emiliano Carretti can be summarized as follows:
-Set up, development and evaluation of the performances of innovative products for the cleaning of the surfaces of porous supports of historical, architectonic and artistical interest (mainly natural and artificial stone materials), made by water-based nanostructured dispersed systems to be used as an alternative to free solvents for the removal of hydrophobic materials. Dr. Emiliano Carretti pioneered the use of low environmental impact nanostructured fluids like o/w microemulsions and water-based micellar solutions that have been extensively used for the first time for the removal of copolymeric coatings from the surfaces of works of art of artistic, historical and architectonical interest.
-Structural and chemical study of innovative highly viscous fluids like gels (both physical and chemical gels) Highly Viscous Polymeric Dispersions (HVPD) to be used for the selective and gradual removal of degradation patina from the painted surfaces (mainly easel paintings) by exploiting their responsiveness to external stimuli (rheoreversibility), magnetic and/or mechanical responsiveness. In particular, part of the research activity of Dr. Emiliano Carretti has been focused on the study of the structural and rheological properties of gels and HVPDs set up. This approach, allowed to obtain rigorous informations about the mechanical behavior of the investigated materials and also it allowed the optimisation of the performances as cleaing tools for painted surfaces (mainly for easel paintings). Due to their chemical (rheoreversibility), magnetical responsiveness and/or to their rheological properties, the most important feature of these materials from the applicative point of view is the possibility to remove them completely from the painted surface, once they have carried out their cleaning function. Indeed, one of the most important problems that usually occurs during the cleaning of these supports through traditional gelsi (usually physical gels) is strictly related to the “residue question” that is the difficulty in the complete removal of the gelators once the solubilization of the materials not appertaining to the original work of art has been achieved. The systems set up allow to obtain two results at the same time: first, the mechanical action needed to remove the cleaning agent (particularly strong for traditional gels) is strongly reduced; second, these systems allow the complete removal of the gelator which residues onto the painted surface are minimized.
-Dr. Emiliano Carretti successfully also pioneered the use of gels or gel-like materials loaded with nanostructured fluids like o/w microemulsions and water-based micellar solutions for the cleaning of differend kinds of surfaces of historical, architectural and artistical interest.
-Set up and application of an innovative procedure for the consolidation of bone remains based on the use of inorganic nanoparticles that are purposed as an alternative to the traditional methods that are mainly based to the use of polymeric materials that are scarcely chemically stable and compatible with the treated support.
-Part of the reasearch activity has been focused on the set up and on the study of innovative nanostructured inorganic materials (mainly thin films of semiconductors characterized by highly ordered structures and a low number of defects) to be used in photovoltaic systems. The possibility to obtain thin layers of semiconductors from acqueous solutions, at room temperature and with a low need of energy makes this approach highly promising from the technological point of view.
-Another subject of the research activity o Dr. Emiliano Carretti is the study of the chemical properties and of the applicative potential of Esacellular Polymeric Substances (EPS) produced by Anammox bacteria that are used for the purification of domestic civil drains.
-Chemical study of the degradation of plastic materials in a composting plant with particular attention to the production and the diffusion of microplastics.
Study of the chemical properties of gels obtained from gelators characterised by a low moecular weight like vitamin C derivatives.
Moreover, Prof. Emiliano Carretti developped a deep knowledge of many instrumental techniques like rheology, scattering techniques (SAXS, SANS and SALS), spectroscopic techniques (FTIR, UV-Vis and fluorescence), thermal analysis (DTG and DSC) microscopy (SEM, optical microscopy and AFM) and analytical techniques based on the use of biosensors.
Part of the papers published by Prof. Emiliano Carretti received the attention of many media (both scientific and educational) of international interest.
Research interest of Dr. Emiliano Carretti
(1) Nanotechnologies applied in the field of Cultural Heritage Conservation
-Consolidation of bone relics and wall paintings by means of inorganic nanoparticles;
-Preservation/conservation of plastic-made artifacts (i.e. motio picture films etc)
-Photographic materials
-Green Chemistry appled in the field of Cultural Heritage Conservation. Set up and charactersation of nanostructured fluids (i.e. microemulsions and micellar solutions) for the the cleaning of painted surfaces (removal of different kinds of organic coatings);
-Set up and charactersation of responsive physical and chemical gels to be used for the cleaning of delicate surfaces;
(2) Development of innovative analytical techniques in the field of Environmental Care and Cultural Heritage Conservation;
(3) Application of rheology for the study of the mechanical properties of complex fluids;
(4) Study of the biodegradation of plastic materials;
(5) Study of innovative methods for the biodegradation of water pollutants.
