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

LO

TO

N(**),

HA

SEG

RE

(*)*

E\E

kD

IPA

RT

TM

E’\T

0A

MB

IEN

’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

livellodi

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

degradazione,dalle

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

hi-ri

disp

ersed

di’-uitc,a-iale

dctircx

&o

iom

ezzior

Pt&

aft’

ig

en-aJL

Ii

i‘m

ania

t

ue

ei

tci

uallacifIn

iggiuni,a

pu

luziine

-‘alam

a—

-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

tecnicheserigrafiche

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

direzioni:

—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

anni,sulle

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

materiale

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

fasefina

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

olfattiviche

attivanosensibilm

enteiiQ

’m

ol

L)e

selettivamente

le

56

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