lxi)’ Languages...enzimat ici — biosensori cheinorecettoria] i immuno)sensori, ossia biosenson...
Transcript of lxi)’ Languages...enzimat ici — biosensori cheinorecettoria] i immuno)sensori, ossia biosenson...
BIO
SEN
SOR
IU
NC
AM
POD
IR
ICE
RC
AIN
CO
NT
INU
AE
SPAN
SION
EI
biosensoriincorporano
unelem
entobiologicam
enteattivo
inintim
ocontatto
coni
trasduttoredi
segnalefisico-chim
ico.Lo
scopodi
questacom
binazioneè
diutilizzar
l’altaS
Citti
itdei
iììediatoribiologici
perpropositi
analiticiin
\aricam
pidella
ricciapplicata,
dellatecnologia.
dellaproduzione
industrialee
dellaprotezione
ambienta
CA
RL
OC
RE
MIS
INI
(*),R
OB
ER
TO
PR
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N(**),
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E\E
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MB
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’IE,
(‘
E\F
AD
IPR
T1
\1E
NT
0F
5\O
\\ZI0
\F
ebiotecnnlogie.
conigran
diprogressi
dellabiologia
molecolare
moderna,
hannoconosciuto
unaenorm
ecre
scitanegli
ultimi
decenniL
ingegneriagenetica,
letecniche
imm
unologichee
l’ingegneriapro
teicahanno
datoflO
O\o
impulso
allericerchc
suibiosensori
cheappaiono
come
unodegli
argomenti
trainantidelle
biotecnologiesia
nelcam
podella
ricercache
nelleapplicazioni
pratiche.La
determinazione
incontinuo
diun
grannum
erodi
sostanzeè
dien
or
me
rilean
ascientifica
etecn
olo
gi
ca,nel
controllodi
processo.nelle
industriechim
icheed
alimentari,
nelm
onitoraggic)atn
hien
taleLa
necessitàdi
metodi
analiticisem
prepiù
sensibilie
selettiviè
conti
nuamente
soddisfattadai
progressicostanti
nellastrum
entazionean
alitica
(gascrom
atografia.H
PLC
.sp
et
trometria
dim
assa.spettroscopia
diassorbim
entoatom
icoecc).
questep
)tentitecniche
strumentali
sonoim
piegatesolo
inlaboratori
specializzatie.
ingen
erale,non
sonoadatte
alledeterm
inazioniin
linea
2o
incam
po.Per
questom
otivolo
sviluppodi
sensorialtam
enteselettivi,
sensib
ili,
facilida
usare,da
introdurrein
unqualsiasi
ambiente
anchen
ote
volmente
complesso
(aria,acqua.
fumi.
sangue.urina,
saliva,scarichi
industrialio
anchebrodi
diferm
entazione)
suscitaun
crescenteinte
resse,N
egliultim
ianni
èaum
entataco
nsi
derevolmente
larichiesta
didati
sul
l’ambiente,
conparticolare
riguardoalle
indaginisui
livellicli
concen
trazione
odi
tossicitàdi
unnum
erosem
precrescente
diinquinanti
nellevarie
matrici
ambientali.
Leattività.
dim
onitoraggìoam
bien
talerichiedono
disponibilità.cli
di
spositivianalitici
a[’fidabili.di
facileim
piego.di
costorelativam
enteco
ntenuto.
automatici
edutilizzabili
in
Laricerca
nelcam
podei
bi(ri’
haproposto
diversi“dis1
analitici”per
ladeterm
inazian
alitiim
po
rtanti
perla
stim“qualita
dell’anbiente”.I
biosensorisono
dispositii‘i ache
inco
ipora
iioun
elemen
loic
an
iente
attiro
.anch
ei
iììiiiiobiliz
cato
secon
do
lxi)’p)’ocedure
edaccoppia
toad
trasd
utio
ridi
scgnaleper
Inlì?
il iarz
ione
.seleitii’ae
recessi!la
con
cen
traziu
ne
odelldtti
specie
chim
ich
e(fig
ura
1).
Ilm
eccanismo
clifunzionaim
unbiosensore
èrelativarnent
plice:il
mediatore
biologicobilizzato
sullasuperficie
dels
prendeparte
aduno
opiù
Pche
determinano
lavariaziO
niparam
etrochim
icoo
fisicoci
nepro
ntam
ente
rivelatod.
sdutto
reche
loconverte
ing
nale
elettrico.Il
mediatore
biologicoo
de
diriconoscim
entom
olecolarsponsabile
dellaselettività
nT
uttaviaper
illoro
elevatocosto.
campo.
Fig
ura
i—
liineciianvc
iig
ei
trac
I’!o
’rcs
)‘a’lit
ir
sdui
c’
raso
rna
ilsg
na1
rh
ocb
“i’
è.-
piùsem
plicepuò
essereun
enzima
purificatoo
unsistem
apiù
co
mplesso
conun
certon
um
erodi
enzimi
chelav
oran
oiii
cascata,organelli
subcellulari,
celluleo
batteri.
oinfine
tessutianim
alio
vegetali
specializzaticontenenti
unao
piùm
olecoleproteiche
spocifiche.hilton
cliprotezione
ecc..E
questo
ilcaso
deico
sidd
ettiE
nzvnieB
aseclB
iosensors’.che
utilizzanola
specificitidi
unao
piùreazioni
enzimatiche.
IR
eceptorB
asedB
iosensorsim
pieganoinvece
anti—corpi
monoclonal i
recettorien
do
gen
io
clim
embran
ao
anco
raenzim
i.In
quest’u
ltimo
casogli
enzimi
nonesplicano
laloro
attivì
tsull’analita
ma
èpiuttosto
lana—lita
am
odularelattiv
itiinteragendo
conil
biomediatore
(biosensoriad
inibizione).Il
trasduttoreè
l’elemento
chetra
duceil
segnalecli
riconoscimento
biologicoin
unsegnale
elettrico(può
essereun
semplice
dispositivoelettrochim
ico,una
fibraottica,
un
analizzatoredi
ondaacustica,
uncri
stallopiezoelettrico
ecc.).Le
mem
braneassum
onon()tevolc
importanza
come
supportiper
rea
lizzarel’accoppiam
entotra
trascluitore
em
ediatorebiologic
cnote
numerose
tecnichecli
imm
obili7iazionc’
deim
ediatoribiologici
perrealizzare
l’accoppiamento
c)n
iltrascluttore.
Latecnica
utilizzataè
sceltain
basealle
caratteristichedel
biomecliatore
perevitarne
lan
icIifica
strutturale,e
quindiclc’lle
caratteristiche
edel
comportam
entocata
liticocon
riduzioneo
perditadel—
l’atti ihì,A
titolocli
esempio
lafig
ura
2rip
orta
differen
ticur
ecli
calibrazionecli
biosensoriottenuti
conlo
stessoenzim
a(colina
OS
Si-
clasiiim
mobilizzato
contecniche
diverse,S
onodisp
onib
ilipro
cedure
cliim
mobilizzazione
fisicae
chimica.
Nel
primo
casol’enzim
aè
semplice
mente
trattenutodal
supporto(im
pieg
odi
mem
bran
echi
dialisi,
intrappolamento
ingel
cliacrilamicle
percitare
soloalcuni
esempi),
nelsecondo
èlegato
cmalentem
entead
esSo,I,im
mobilizzazione
fisicaè
operati\am
entcpiù
semplice,
pre
sel’Xa
coninaggiole
efficienzale
carail c’risiiche
dellenzim
a,m
aquesto
risultapiO
esp(sto
agliagenti
de—naturanti
(piI.forza
onica,tem
pc’ratura).
[.enziniaintrapp()lato
tisica-niente
puoessere
uiiiiziatoin
gene
resolam
enteper
alcunecentinaia
dianalisi.
rispettoalle
clìverscm
igliaiaclic
possonoessere
realizzatecon
unprocedim
entodi
imm
obilizza
zionechim
ica.N
egliultim
ianni
letecniche
cliim
mobilizzazione
hannoassunto
note’.oleim
portanzaanche
pe’orientare
spa7hilmente
ilbiom
e—dliatore
onenendo
fìlm(L
angmui
i’
Blodgett)
ordinatiin
modo
daespor—
nei
sitiattiv
ialla
interaliOne
conil
campione.
I,em
embrane
giocanoun
ruolode
cisivonon
solo
nellim
mobiliz
zazionedel
catalizzatorem
aanche
nellaselettivitO
dclbioscnsore
all’interfaccia
biomecliatore—
tiasduttore
e
50
aquella
biosensore—am
hiente—cam
pione—analita.
Gli
elementi
appenacitati
edaltri
ancora,testim
onian
oil
gradodi
complessitÌ
cieliarg( )m
ento.il
Suo
carattereinterdisciplinare.
ilsu
ccesso,
l’interessee
lattenzio
ne
cheat
tualmente
riscuotonoi
biosensori.I
biosensorisono
classificatiin
basealla
naturadei
nìediatorebiologico
oai
tipodi
trasduzioneim
piegata.In
accorcioo
)nil
prn
iocriterio
ibiO
sensoripossono
essere:
biosensoribiocatalitici
osensori
enzimatici
—biosensori
cheinorecettoria]i—
imm
uno)sensori,ossia
biosensonbasati
sulleinterazioni
antigeneanticorpo,
ittitadi
correntets
pro
cedure
di
adH2G
,
mentre
inbase
altipo
ditrascluttore
clisegnale
siprio
operareuna
cli—Stifl7ione
tra:
—biosensori
elettrochimici
obi(
)—
elettrodi:
—biosensori
otticio
bio-optrodi:—
hiosensoricalorinìetrici
obio
iter—rnistori:
—biosensori
acustici.
Ibiosensori
sonoattuahnente
stud
iati
perla
soluzionedi
molti
problemi
analitici:dalla
rivelazionedi
inqui—nanti
negliscarichi
industriali,al
monitoraggio
delledroghe
inviv
o.
E100
.0($
hian
fìI
riccreatori
chesi
decticaiadio
deibinsensoi:
eradcc
lImitato.
‘\ttualmentc,
inveItalia
chein
Europa
enel
mondo
siassiste
adun
interesseper
questalinea
eper
leapplicazioni
msi
dilatazionedella
complessi
varieGdei
temi
edalla
cazionedelle
tecnologieA
ttualmente
ibiosensori
sriti
innum
erosiP
rogettici
indifferenti
aree(B
ioteM
edicina,A
mbiente,
Tecno
mentari).
Laricerca
suibiosensori
mente
giovanee
richiedesana
cooperazionefra
necdiscipline
differenti,In
alcquesto
èstato
realizzatoc’
specializzati(C
ranfieldin
Lnito.
GH
Fin
Germ
aniacentri
hannosaputo
prodl’ultim
odecennio
nonsol
dipunta
nelcam
podei
hm
aanche
dispositivianali
merciali:
dalla“G
lucosepe
misura
dellaglicem
iaai
sit
matici
perl’analisi
deiorg
anoto
)slorici-
edei
fencIn
Italiala
granm
olecli
compiute
ei
risultatiacq
campo
deibiosensoni.
pcigior
partea
livelloaccadem
tanoa
trovaresbocchi
induconcretizzarsi
inprodotti
cial i.Le
lineedi
ricercaattuali
irco
me
lam
iniatu
rizzazisensori,
l’impiego
dinu
oti
laloro
sintesicon
tecnichegneria
proteica,sono
finaprodotto
comm
erciale.\e
lcam
podella
medicina
seè
focalizzatosoprattuttc
Fig
ura
2—
Cu
rvli
calh
ra,ion
eLa
co
ncen
trazio
ne
cicolin
at
nobiliz
zzio
zu
kl’
en,d
i
4oO
1O-
2x1O
3x1O
[colmai
4xlO
5xlO
nrp
er;’
ibtc
iHìc’a
-
0ff‘i
.via
rche
abiosensor
per
lacIianosi
dim
alattioin
fettive
em
cA
IDS
om
alattiecard
ioa
scolari.
Nel
campo
dellein
du
striealim
entari
(latte,vino,
pasta,olio),
crescel’esi
genzadi
biosensorirapidi.
semplici
dausare
edi
costocontenuto
peril
monitoraggio
dellaqualità
odella
freschzza
dl
piudon.udunientare
oil
controllodei
processi.N
ellari
cercaam
bientalerivestono
partico
lareim
portanzai biosensori
peran
alisi
diparam
etrirelativi
allapota
bilitàe
allatossicità
delleacque.
bio
sensoriper
nitrati.fosfati
inacqua
dim
are,tossine
algali.P
articolareattenzione
èrivolta
alletecnologie
clitrasduzionesuperficia
li(onde
acustiche,risonanza
diplasm
onesuperficiale)
ealle
inter
azioniinterfacciali.
orientamento
spaziale,ingom
bristerici
frala
superficie
deltrasduttore
ilm
ediatorebiologico
el’analita.
Lericerche
nelcam
podelle
tecno
logiedi
stabilizzazionedei
med
iatori
biologicicercano
soluzionie
risposte
aiproblem
icli
stoccaggioe
conservazionedei
biosensoriche
rappresentanoun
seriolim
itealla
produzionesu
vastascala
edalla
comm
ercializzazione.Fino
adoggi
laricerca
suibio
senso
riper
lem
isurein
campo
ambien
tale
èstata
prevalentemente
mirata
allaideazione
dinuovi
sistemi
peri
qualiveniva
verificataessenzialm
ente
lapotenzialità
applicativa;oggi
bisognalavorare
piùa
fondosulla
affidabilitàdei
sistemi
propostie
sullaloro
validazione.N
ell’ultimo
programm
aquadro,
adesem
pio,la
Com
unitàE
uropeaha
promosso
preferibilmente
queiprogetti
che
prc
eJc
\aao
una
Lise
iinaic
dialida7ione
deibiosensori
mediante
ilconfronto
conm
etodicheanaliti
che.stan
dard
Ci
son
odue
ampie
areedi
applicazionein
cuiib
iosen
ori
sembrano
particolarmente
efficaci
eper
lequali
èpossibile
prev
edere
nelm
edioperiodo
unm
ercatocli
dimensioni
interessanti:—
indicatorion-line,
insitu.
imm
e•
diari,nelle
industrieaiim
entari“-“,
nelm
onitoraggioam
bientale,e
inaltri
processiindustriali
°.
•—
monitoraggio
deipazienti
india
gnosticam
edica.N
elpassato
ilpassaggio
dallasp
erim
entazionealla
produzionesu
s’astascala
didispositivi
chein
laboratoriosem
bravanoprom
ettenti,ha
com
un
quetrovato
unaserie
didifficoltà.
Laprim
aè
cheil
mercato
prevedeelevati
volumi
diprodu7lone
perrealizzare
l’abbassamento
deicosti
diproduzione.
mentre
ibiosensori
•hanno
finoad
orarichiesto
processim
anualied
individualidi
fabbricazione.
Negli
ultimi
annila
disp
oni
bilitàcli
tecnologieche
consentonola
produzionesu
vastascala
13-14
hacontribuito
notevolmente
adab
bas
sareil
costodi
produzionedei
bio
sensoriraggiungendo,
inalcuni
casi,l’obiettivo
delbiosensore
monouso.
LaT
ecnologiaa
FilmSpesso
(Thick
FilmT
echnology)-
““
-,
larga-i
mente
utilizzatanell’industria
elettronica
perla
produzionedi
circuitim
iniaturizzati,si
staafferm
andocom
etecnologia
matura
edefficace
nellaproduzione
sularga
scaladi
biosensori,m
iniaturizzati.a
bassocosto,
conelevata
riproducibilità.M
aaccanto
aquesto
traguardobiso
gnaconsiderare
laconservazione
deicom
ponentibiologici
delsensore
cherich
iedono
unaccurato
imm
a
gazzinaggio.spesso
laa
nenon
tolleranoalte
tensono
pocostabili
inam
biN
ellearee
nonm
edicali(:
industriaalim
entareprinc
ilm
ercatorisulta
ancoraa
mentato,
anchese
nelm
eterm
inequesti
settorison
adacquisire
sempre
piùi
nonsolo
nelcam
podei
ma
dellebiotecnologie
inLe
caratteristicheideali
sensoreper
lem
isuream
bientalesono
prioritaritipo
analiticocom
el’accu
precisione,la
specificitàe/
ività,il
lin’iitedi
rivelabilit:sibilità
adeguatialle
norcam
poam
bientale:m
aa
requisiticom
el’econom
iciridotti
dianalisi,
l’utilizz;cam
po”giocano
unruok
voleim
portanza.C
onsiderandoin
termini
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sviluppoattuale
sensori,questi
sonooggi
inproponibili
peranalisi
di“
incam
po(avendo
verificatriam
entela
possibilitàdi
risultati”falsi
negativi”).Q
lizzoconsentirebbe
cliride.
bilmente
ilnum
erocli
car’sottoporre
allanecessaria
laboratoriocon
procedurestandard
cherichiedono
tazionespesso
complessa
epersonale
esperto.
Nella
classedei
biosensorizione,
glienzim
inon
venlpiegati
pertrasform
arel’
unam
olecolafacilm
entecom
enei
casiprecedenti,
i
misurato
l’effettoche
une
52
‘cce
al‘e
ned
iuu
rI
‘i’ en
sori
i)r
pL
rm
ttunu
di
trifila
pre
scn
ain
uncam
pionedi
posticaratten7ati
daun
effettoe
cospecifico
qualiad
esempio
iicidi
organofosforicie
carham
oerbicidi
(triazine,feniluree
ePi).
Ilm
eccanismo
ditossicità
composti
all’internodelle
singo
lassie
ilm
edesimo
ma
ieffetto2
esserequantitativam
entediffe
coppiam
ento
didue
enzimi
nel’acetilcolinesterasi
ela
colinadasi
conun
sensoreelettrochi
oper
l’acquaossigenata
con
sendi
ottenereun
biosensorespecifi
perl’effetto
anticolinesterasicodi
alarga
classedi
inquinanti.N
elo
deipesticidi
organofosforicine
sfruttatal’inibizione
delleinesterasi:
l’attivitàcli
questoL
ima
vienem
isuratacon
unsensore
acolina
prim
ae
dopoil
concutii
oie
ligureà
seli
idci
hioscnsorifotosintetici
ViL
Cr’isuratc
conun
elettrndodi
Ciark,
iossigenos’iluppato
daal
ghe,ciano-batteri
osistem
ifo
tosin
teticiisolati
epurificati,
inseguito
adillum
inazione.L
’evoluzionedi
ossigenodovuta
allafotosintesi
(reazione
diH
ill)è
inibitadai
poli
fenoli,dai
metalli
pesanti,dagli
er
biciditriazinici
edalle
feniluree.
Con
unsem
plicedispositivo
basatosull’accensione
intermittente
diun
lcdrosso
adalta
intensità,e
sulfotosistem
aIl
isolatoda
unciano
batterioterm
ofilo,purificato
eim
mobilizzato
suun
elettrododi
Clark
èpossib
ilerisalire
algrado
ditossicità
perla
fotosintesidi
uncam
pioneam
bientale.La
figura4
riportale
curvedi
calibrazione
perdiverse
classidi
erbicidi.
Con
questosistem
aelettrochim
ico
sonostate
ottenutem
isuredi erb
icidi
conuna
sensibilitàed
unlim
ite
d.ii ivelel)lljia
ugualeed
ina1
unice
i
superiored
sistemi
piùcom
plessibasati
sulLm
isuradella
fluorescenzaftriazineal
livellodi
0,1ppb).
Ibiosensori
ditossicità
misurano
ilgrado
diinibizione
dienzim
i(acetO
colin
esterasi2
32
4)
ocom
plessien
zim
atici(P
S11
25)
equindi
l’effettoto
ssico
globaledi
intereclassi
dico
mposti,
piùche
laconcentrazione
ana
liticadi
ognicontam
inante.Q
uestainform
azionepuò
esseredi
notevoleinteresse
perla
valutazione
delrischio
perl’am
bientee
lasalute
epuò
essereconsiderata
pre
liminare
ecom
plementare
aquella
ottenibilecon
im
etodichim
icitra
dizionali(tecniche
cromatografiche).
Infatti,pesticidì
ederbicidi
sonospesso
presentinei
campioni
ambientali
come
“cocktail”la
cuico
mposizione
dipendedalla
formulazio
nedel
prodottocom
merciale.
dallasua
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differentie
successiveapplicazioni
allecolture
cigura3
—L
ereazio
ni
catalizzateda
acetilcolisterasi
(AC
hE)
eco
lina
ossid
asi(C
hOx)
impiegate
per
la-‘ealizzazione
dib
iosen
sori
per
pesticidiorg
anofo
sforici
ecarb
anun
id
Acetilcolina
AC
hE
H,O
Acido
Acetico
—
Colina
Betaina
CH3C
OO
+H
O
ChO
x(rid)
FAD
ChO
x(ox)
02
53
agrco
le.condizioni
inetereologicheecc.
Per
questim
otivi,risulta
diffi
cileprevedere
glieffetti
sullasalute
dellaloro
combinazione,
ax
olteunerg
ici.
basandosisolo
suidati
diconcentrazione
analitica.
Ibiosensori
adinibizione
son
oin
gradodi
fornireuna
validain
dica
zionesul
livellodi
tossicitàspecifica
dicam
pioniam
bientalinei
confro
n
tidella
flora(im
piegodi
unm
edia
torefotosintetico)
edella
faunaivi
I‘
Jclatrasgrisi’
)I1C
illipìusi
IC
IX0
0th
esn
apsi
Larisposta
dclbuosensore
anteneterasico.
riportataa
scu)()
CO
piificatio
nellafigura
.sem
bra
sereconciata
con
latossicità
acespressa
come
LD5O
(somm
iniszione
oralenel
ratto)e
suggerisc
possibilitàda
co
nferm
are
con
00
0ic
mn1ag
ghre
ci
anric
olin
eat
sici)di
usareil
biosensoreper
v;
tarela
tossicitàdi
IOU
OSi
pesticici
sintesio
dialtri
prodotti.
Con
questisistem
ipossibile
rezare
un
oscreening
preliminare
campioni
direttamente
incam
pocosti
molto
co
nte
nu
ti,destinai
alleanalisi
chimiche
tradizionali
i campioni
sospetti(generalm
ent
unnum
eropari
al5-lO
dellalità
deicam
pionipi’ele
ati-3.
la.cala
di
pì o
dun
me
ela
inin
iaturizzazio
ne
selfuturo
prossimo,
leintui?ioni
pre
sente
circ
alo
sviluppocon
i
puNiti
dellasostenibilità.
trovera
attuazionese
saràpossibile
olare,
con
senso
ri
abasso
costoe
nonprevedono
l’usodi
reagerso
lenti
conrelati\
ipro
blem
smaltim
ento.tutte
oquasi
leatt
quotidiane,dai
grandiprocessi
dutti\
iall’elettrodornestico,
ci
qualitàdell ‘aria
urbanaa
quindoor”,
dall’efficienzadei
malla
lorocom
patibilità.con
l’amh
te.per
citaresolo
alcuniesem
p
cmi
all’uomo
comune.
Negli
ultimi
anni,accanto
alletc
tichefin
ora
descritte,ha
acqupredom
inanteinteresse
iltras
Figura
4—1n
cscenpioch
cer
cliio
bizto
ne
dciP
iItd
ocer
cIi1du
vrr
1cd’
208060401
20o.7
-65
-4-1
0-9
-8-7
-6-5
-4-1
0-9
-8-7
-6-5
-4
Log
1della
concen
trazione
Fig
ura
5—
Ris
po
sta
relativaal
Parao
xon
dipesticidi
org
ano
fosfo
ricie
correlazio
ne
con
lato
ssidta
acutaesp
ressacom
eLD
SO(orale,
ratto.)
12
0.
——
80aaa
Azinfos
604020a
Ornetoato
Clo
rpirilò
s1322
n(x
i+
99.385
=0
995
Pirim
ifos
0100
200300
Acefato
400500
600700
800900
1000
orale
(mgfK
g)
Figura
6—
Lti
dio
stampa
erigi-aha
didci
xiico
nirnF
nin
en
Cpo
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di’-uitc,a-iale
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ei
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iggiuni,a
pu
luziine
-‘alam
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-aiaIm
ma
aii’iivpìeg
dijs
t’n
ìO
’aretaaiu7a
‘nep
se
\‘Ol
teartigianalt
epe:
auest’m
otivadiii
iui
1CI1L
ciprodui ib1i
mm
iiial
mente.
Inquesta
direzionemltrasfem
imento
diuna
tecnologiam
aturac’cim
ela
“screenprinting”.guI
utilmente
impiegata
nell’industriaelettronica
perla
tainp
adei
circuiti,b
ene
sipresta
allaproduzione
suvasta
scaladi
sensorie
biosensoria
bassocosto
ma
indispensabilie
necessariper
ilm
oniloraggiodi
ambien
tesuolo
eacque
i.salute
tm
settore
diagnosticae
farmaceutici
ealim
entiiprodL
izione
equaliciu).
Iltrasduttore
iienequindi
preparatocon
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secondolo
schen’iarip( irtati)
nellafigura
(a\el
campo
dellarniniaiurizzazione.
ladep
osizio
ne
lasercli
stratim
etallici
edi
com
ponen
tibiologici
hagi
raggiuntorisultati
dieccellenza
conil
primo
IL-biosensore
aglu
cosio
gQ
uestatecnologia
permetteici.
adesem
pio.di
assemblare
all’internodi
unago
ipodermico
decinedi
sensorie
biosensoriper
ilm
onito-raggio
ini ivo
dinum
erosim
etabo
litidi
interessediagnostico
(disp
osi
tivisoflocutanei
olocalizzati
diretta
mente
inien
ao
perle
analisidella
freschezzacli
alimenti.
delloro
con
tenutovitam
inicoe
odel
gradodi
ossicita
do
suto
aderhicicli
opesticid
i(carn
e,pesce,
pro
do
tti
Un
approcciodifferente.
nell’ambì
todel
progettoM
IMIC
S(Jlolecularly
Imprin
ted.1faterials
fnr
Jnlegrated(dbem
iccilSensori-
BE
/9j
i4
5)
fina
nziatodalla
comunittì
europeah
avisto
lapartecipazione.
tragli
al
tri,dì
Thom
son(FR
)e
EEV111K
),e
riguard
al’im
pieg
odi
materiali
po
limeric
ise
lettiv
i
Lanatura
delleinterazioni
conl’analita,
lasensibilitii
ela
selettivitiìdel
materia
leiaol im
ericoricordano
quelleottenute
congli
imm
unosenso
ri,m
asi
registrano,insiem
ealla
migliore
stabilitànel
tempo,
laresi
stenzaai
solventiorg
an
ici
cclalle
altetem
perature.I
materiali
plastici(m
etacrilato)sono
polirnerizzatiin
presenzadella
molecola
d’interesse(atrazina).D
opola
polimerizzazione,
lam
ole
colatarget
(atrazina)allontanata
conadatti
soli-enti(E
tOh)
eall’inter
nodel
polimero
rimangono
lecav
ita
modellate
sullastruttura
del—l’analita,
unasorta
diim
prontaalta
mente
specificadella
strutturae
del
leinterazioni
operantinel
riconoscim
ento,L’EN
EAha
partecipatoal
progettocon
untrasduttore
cImim
icoserigrafato.
Leco
mpeten
zepresenti
alhanno
dimostrato
nelpassat
voleflessibilità
attornoa
sprogetti
comunitari,
Così.
ni.po
deisensori
chimici
ehioh
aggregazioniche
potrehherccarsi
nelfuturo
peraffrontai
Program
ma
Quadro
dellaC
oE
uropeaspaziano
sutem
aticrappresentano
l’ultima
geneldei
dispositiii
bìoanaliticiin
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—j.t-D
EVIC
Eottenuti
perD
ZIO
NE
LASER
dim
ediatoriL
ci.ad
esempio
dioligonucleoi
realizzarechip
bioelettronicitissim
aintegrazione
perscrec
diagnosticanelle
analisidel
gtL
’imm
obilizzazionedi
mat
oligonucleotidi(l000xl000=
1lecole)
suchip
di2x2
cm(11
1m)
consentirànel
futurodi
rein
ungiorno
leanalisi
chem
entesi
ef’fetwano
in27
anpiastre
a96
pozzetticontrib
alrisparm
iodei
reattivi,del
nalespecializzato
ead
unae
esponenzialedelle
conosceru
inchiostro
schermo
/,,-.
/p
rocesso
distampa
-‘-/
E!ettrod
stampai
Cirii’)filittld
Oli
i
odi’.iz
io’u
.a
pJ
Icunan
imìL
Lfl
lCL
cill a‘
sideraiiofltnate-
Li
ecoflomlccI
cgi
sforziSI
SiflO
oncentrat1.negli
ultimi
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tecnologieche
consentendola
pro
duzionesu
vastascala
concilianole
caratteristicheanalitiche
conl’esigenza
dell’eCO
fl0mità
delpro
dotto.La
Thick
FilmTechnO
lOgy”
largam
enteutilizzata
nell’industriaper
laproduzione
dicircuiti
elettronici.si
staafferm
andocom
etecnologia
matura
edefficace
nellaproduzione
sularga
scaladi
biosensoti,nuniatu
rizzati,a
bassocosto,
conelevate
prestazionie
riproducibilitaC
onsiderandoil
livellodi
sviluppoattuale
deibiosensori
nell’areabio
medicale,
questisono
oggiin
molti
casipro
ponib
iliper
analisidi
‘screening”in
campo
(avendoerifi
catoprioritariarnente
lapossibilità
diescludere
risultati‘falsi
negativi’).Q
uestoconsente
inalcuni
casidi
ridurresensibilm
Cte
ilnum
erodi
campioni
dasottoporre
allaneces
sariaverifica
inlaboratorio
conpro
cedureanalitiche
standardche
richiedono
strumentaZ
i0eco
mples
sae
costosae
personalespecializ
zato.C
onqueste
premesse
èfacile
capireche
ilconfronto
dellecaratteristiche
analitichedei
metodi
tradizionalicon
quelledei
biosenSoti
nonè
per
tinente:i
bioseflsorinon
sipongo
no,infatti,
come
alternativaai
meto
di tradizionali ma
come
complem
ento
capacedi
incrementare
ilnum
erodi
analisiper
ilonito
raggio
ambientale
abbassandodi
paripasso
illoro
costoe
il tempo
richiestoper
le
eJ
Ladiffusione
deibiosensori
ela
loroapplicazione
dproblem
ireali
sonoI
sicuramente
legatia
considerazionidi
natnraeconom
ica.P
erquesto
motivo
ultimi
annigli
sforzisi
sonoconcentrati
supanicolari
tecnologieche
consefltoproduzione
dibiosensO
risu
vastascala
conciliandoin
talm
odole
esigensem
ibilità
eselettiv
itàco
nle
caratteristiche
di
ripro
ducib
ilitàed
economicità.
LaT
ecnologiaa
FilmSpesso
‘Thick
FilmT
echnO
l0’)
largamente
utilizzatil’industria
elettronicaper
laproduzione
dicircuiti
stampati.
sista
affermando
tecnologiam
aturaed
efficacenella
produzionesu
largascala
dibiosensO
ri, mii
rizzati,a
bassocosto,
conelevata
riproducibiitàLa
Tecnologia
aFilm
Spessosi
basasull’uso
dipatticolati
pastea
filmspess
vengonodeposte
invari
strabsu
unsubstrato
isolante.Le
fasiprincipali
delpr
sosono:
ladeposizione
C’screen
printiflg’),l’asciugatura
(dqringcycle)
sinteriZzazione
tftringcle
)di
pasteo
inchiostricontenend
ilm
aterialeattiv
Ilprocesso
dideposizione,
essenzialmente
identicoa
quelloim
piegatop
serigrafia,consiste
nelforzare
l’indliostroattraverso
unostam
pom
ediantcspatola
disilicone.
Lostam
popresenta
undisegno
apertoche
definiscecii
verràdeposto
ostam
patosul
suppOrtO
.D
opola
deposbooneilfilm
èasciugato
all’ariae
inforno
am
uffolaa
100°C
(ccycle)
esuccessivam
enteviene
sintedZZ
ato(firing
cycle).ad
unatem
peraflirapresa
tra500
e1000
°C.
Intal
modo
siottiene
unfilm
duro,aderente
alsub
conle
proprietàelettriche
em
eccanichedesiderate.
Iprofili
ditem
peraturanei
ri perla
siaterizzazionesono
ottenutiutilizzando
fornicontenenti
nastritraspc
ti.a
zonem
ultiple4i
solito6
opiù
zone)a
differentetem
peratu
ra,o
programm
abiliG
eneralmente
glispessori
deififm
sspessi
sonodi
230
mlasciugatura
edi
10-15m
dopola
sinterizzazione12
minim
arisoluzione
rafgibile
inun
processodi
produzioneè
dicirca
50m
.I
materiali
piùcom
unisubstrati
sonoi
materiali
ceramici
come
allumina,
magneS
ia,zmi0m
berillia.usato
èl’ossido
diallum
inio,A1O3,ad
elevatapurezza
eneralm
ente
96%).
Lepaste
utilizzatein
questoprocesso
differisconoin
composizione
chmiici
conducibilitàelettrica
esono
classificatecom
epaste
conduttrici,dielettriche, re:
esaldabili.principali
costituentidelle
pastea
filmspesso
sono:
•m
aterialeattivo
•vetro
poroso(legante
inorganico)•
leganteorganico.
Lepaste
conduttricicontengono
come
materiale
attivoun
metallo
nobile(A
Au,
Pd)o
grafite,le
pasteresistive
ossididi
metalli
come
biossidodi
nitenioC
lWang
j.,199
4;W
ang3,19941
ele
pastedielettriche
polvericeram
iche(allun
zirconia)com
em
aterialiattivi.
Ilm
olodel vetro
porosoè
quellodi
legarele
panicelledel
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attivofra
kal
substrato;a
talescopo
vengonospesso
usa0vetri
diborosiliC
atodi
piombo.
Peralcune
applicazionisono
ancheusati
supponipolim
eriCi;
intal
casole
utilizzatedifferiscono
daquelle
tradizionaliin
quantocontengono
come
legaipolim
ero,anzichè
vetro,e
quindinon
ènecessario
sintetizzarenella
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processo.A
nchel’im
mobilizzazione
delbiom
ediatOr e
puoessere
condottatecnica
serigraficaalfin
edi
semplificare
leoperazioni
necessarieper
ottenebio
senso
ree
consen
tirne
lapro
duzio
ne
suvasta
scala.A
questo
pro
posito
impiegate
pastepolim
erizzabiicon
irraggiamento
1Wche
consentonoli
polamento
delhiocataliZ
Zatore
inuno
stratoreticolato
depostosull’elettrodo
pato.oppure
gelad
altosviluppo
superficialeche
consentonol’assorbim
emelevate
quantitàdi
biomediatore
e,più
importante,
lasem
plicepreparaZ
iOl
bio
senso
real
mom
ento
dell’uso.analisi.
(‘1pI
sic
ee. tahol
h
L,ittixiO
EN
EA
suiB
iosensoriElettrochim
icinasce
nel19*
conil
monitoraggio
diun
pro
cessodi
depurazionedel
sierocli lattee.
Ilhiosensore°.
basatosu
unatecnica
analiticaad
impulso
influsso
continuo(F
lowIn
/ection
Analvsis.
FIAL
checonsente
dim
onitorarein
tempo
realeil
glucosiop
rod
otto
daun
bioreattorelattasico
am
embrana,
muove
iprim
ipassi
dauna
esperienzapregressa
con
unpancreas
artificialecom
merciale
(-Like,
Ansaldo
Elet
tronicaB
iom
edicale
2).
Il3-Iik
efu
impiegato
peril
monitoraggio
ospedalierodella
glicemia
eper
ladeterm
inazionedellacido
latticoin
atletidurante
Iosforzo
(marato
neti).
Ilsistem
asviluppato
dall’EN
E&
’2.
differentedal
fl-Likenelle
applicazioni,risultava
piùversatile
edcx
olutopoichè
consentivala
misura
continuadel
glucosioin
matrici
complesse
ead
elevatissima
concentrazione(2
g1).
Latecnica
aflusso
impiegata
(FIA),
unanovità
inquegli
anniprim
adel
massiccio
sviluppodegli
anni‘90.
erainoltre
perfezionatada
unm
icro-bioreattore(catalasi
eglucosio
ossidasiiinm
ohilizzari).Q
uestodispositixo
consentivala
rigenerazionedelle
soluzionidi
alimentazione
conla
conseguenteriduzione
dellesoluzioni
esaustee
degliinterventi
manuali
(ilbiosensore
funzionax-aper
circatre
mesi
senzaalcuna
manutenzione
ericam
biodelle
soluzioni).N
ellam
edesima
direzionefu
sviluppatoun
bioreattorea
tessutovegetale
perla
degradazionedei
fenolie
deipolifenoli
nelleacque
divegetazione
provenientidalla
spremitura
delleo
live.
Un
biosen,soreper
ipolifenoli
basatosull’enzim
aPolifenolo
ossidasi(PPO
)ed
ancorasulla
FIA,
consentivail
monitoraggio
continuoed
intem
poreale
dellostadio
enzimatico
delprocesso.
AlIE
NE
Aesiste
unastretta
collaborazionetra
il)ipartim
entiA
mbiente
edInnovazio
neper
Iosviluppo,
lavalidazione
ela
promozione
deibiosensori.La
realizzazionedi
biosensoriper
ilcontrollo
diprocessi
biotecnologici’2
elo
sviluppodi
materiali
ebiom
ateriali,sono
ipresupposti perottenere
dispositivielettrochinsici(S
creenPrinting,
Tecnologie
dim
icrodeposizioneL
aser’9
ecc.)dotati
dicaratteristiche
interessantinon
solodal
puntodi
vistaanalitico
ma
ancheda
quellodella
produzionesu
vastascala
eper
larealizzazione
diim
munosensori5,
Sonostatisviluppati
imm
unosensoriper
ildosaggiodierbicidi che
utilizzanoanticorpi
monoclonali
prodottipresso
ilaboratori
ENEA
mediante
latecnologia
dellibridoma.
edassociati
asistem
idi
trasduzioneottica
basatisulla
determinazione
dellafluore
scenzaindotta
daun’onda
evanescentee
funzionanticon
sorgentilum
inosem
iniaturizzate.quali
diediL
aser.S
empre
nelcam
poam
bientalesono
statisviluppati
biosensorielettrochim
iciad
inibizionebasati
sull’impiego
delfotosisteina
odegli
enzimi
colinesterasici.La
vastaesperienza
dell’ENEA
nelm
onitoraggioam
bientalem
ediantem
etoditrad
izionali
dianalisi
(gas-cromatografia
condiversi
rivelatori-
ECD
,FPD
,N
EO,
massa
-
HPLC
ecc.) contribuiscealla
fondamentale
fasedivalutazione
esuccessiva
validazionedei
metodi
basatisu
biosensori.La
cooperazionetra
igruppi
neidue
dipartimenti
èstretta
econsolidata
dacollaborazionicom
unicon
altri gruppiinternazionali
(Univer
00
diStoccarda,
Università
diM
onaco,G
BF
aB
raunschweig,
Università
diLund,
Universìtà
diD
elft,T
homson
eG
ec-Marconi)
nell’ambito
diprogetti
comunitari
su
sensorie
biosensoriper
l’ambiente.
torIsO
siat
un
‘do
rc
(ss
Ladisp
onib
ilitàcli
nuovi
analitici
affidab
ili,di
facigo,
dicosto
relativamente
to,autom
aticied
utilizzabipo
rappresentauna
necprorogabile
nelm
onitorabientale.I
biosensorisono
statia
Idiati
perla
determinazione
importanti
perla
stima
delldell’am
biente”m
afino
aricerca,
condottaa
livelloco.
èstata
prevalentemer
allaideazione
clinuovi
sisquali
èstata
verificataesse:
tela
potenzialitàapplicati’
cessitàdi
investigarepiù
l’affidabilitàdei
sistemi
prloro
validazionescaturisce
genzadi
nuovim
etodian
economici,
versatilie
oper:le
semplici.
Mentre
inE
uropae
specìalR
egnoU
nitoed
inG
ermai
azionedi
centrihiotecnob
cializzatiha
prodotto,in
mo
decennio,dispositivi
cialibasati
subiosensori
gnosticam
edica,per
ils
mentare
eper
quelloam
biItalia,
lagran
mole
diricci
piutee
irisultatiacquisiti
rdei
biosensoristentano
sbocchiindustriali
ecom
nN
onostantequesto
ritardo.am
bientalesi
presentaanc
un’areadi
mercato
doveI
voluzionedei
biosensorid
ratrovare
collocazionee
Italiae
all’estero.
—\aso
Elettronico:
lam
isuradegli
odoricon
approccidìfferenti
cheim
piegano.da
unlato
lasensoristica
astato
solido(sensor
arrav).l’analisi
combinatoriale
ele
retineurali
edall’altro,
l’isolamento
direcettori
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