Sviluppo di biosensori per la determinazione delle micotossine
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- Gina Ferraro
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1 Sviluppo di biosensori per la determinazione delle micotossine Sviluppo di un biosensore a tecnologia QCM (Quartz Crystal Microbalance) Lucia Mosiello, Katia Spinella, Fabio Vitali Unita Tecnica Sviluppo Sostenibile ed Innovazione del Sistema Agro-Industriale (UTAGRI) Laboratorio Innnovazione Agroindustriale (INN) IV Congresso Nazionale: Le Micotossine nella Filiera Agro-Alimentare Roma giugno
2 I Biosensori Un biosensore è un dispositivo analitico che incorpora un elemento di riconoscimento biologico (o di derivazione biologica) integrato o intimamente associato ad un trasduttore di segnale chimico-fisico. Lo scopo del biosensore è di produrre un segnale digitale elettronico, discreto o continuo, proporzionale alla concentrazione di un singolo analita o gruppo di analiti. Schema generale di un biosensore 2
3 la nostra storia 3
4 Biosensori e microsistemi per MTXs Sistema di microspottaggio a matrice associato a lettore densitometrico su microwells immunoassay Mycotoxin Research (2009) test semi quantitativo 4
5 Sviluppo di un biosensore di massa per l OTA Biosensore acustico di massa utilizza aptameri per OTA (ENEA, Comenius University, Bratislava) Detection Limit 30 nm (Chemical Sensors 2011)..This method is sensitive to mass adsorbed at the sensor surface, measured by changes of resonant frequency, fs, and to the viscoelastic contribution, measured by motional resistance, Rm. Addition of OTA to a sensor surface with immobilised biotinylated DNA aptamers resulted in decrease of fs and increase of Rm. 5
6 I Biosensori Piezoelettrici Il Un funzionamento importante tipo dei biosensori di biosensore piezoelettrici piezoelettrico si basa è sull impiego il QCM (Quartz di materiali Crystal che vibrano Microbalance), sotto l influenza cui l interazione di un campo anticorpo-antigene elettrico esterno avviene alternato, sulla superficie tipicamente del i cristalli cristallo di di quarzo. quarzo, che è all'interno di un circuito oscillante, le variazioni di massa La causano frequenza la diminuzione risonanza della varia frequenza in modo direttamente risonanza proporzionale del cristallo. al Un variare QCM della risponde massa ai cambiamenti del materiale di massa a seguito sulla superficie di fenomeni dell'elettrodo di adsorbimento ed ha una o disadsorbimento sensibilità dell ordine superficiali del ng. Principio di funzionamento generale di un biosensore piezoelettrico 6
7 QCM (Quartz crystal microbalance) I sensori gravimetrici a cristalli di quarzo sono oggi uno dei sistemi più semplici per la realizzazione di sensori ad affinità. Il principio di funzionamento è basato sul cambiamento di frequenza di risonanza di un cristallo per variazione di peso, viscosità o densità del mezzo a contatto con esso Principio di funzionamento La frequenza di risonanza di un disco di quarzo è funzione della massa Una che tensione vi gravita elettrica sopra applicata a cristalli (come il quarzo) determina una deformazione meccanica Per piccole masse esiste una relazione lineare tra la variazione di massa Eccitando e la frequenza il cristallo di con oscillazione, un segnale l'equazione elettrico oscillante di Sauerbrey si può ; innescare una risonanza meccanica Δf = -Cf x Δm L insieme oscillatore elettronico + quarzo costituisce il sistema di trasduzione di massa 7
8 Il biosensore di massa RQCM per le MTXs Obiettivi sperimentali messa a punto protocollo di funzionalizzazione del quarzo coating delle molecole di affinita sulla superficie del trasduttore messa a punto della misura delle variazioni di Frequenza per quarzi funzionalizzati e ricoperti con differenti anticorpi specifici per le MTXs ed incubati con soluzioni a diverse concentrazioni di micotossine costruzione di una curva standard per le varie MTXs misura di campioni e matrici alimentari mediante l utilizzo del biosensore Il trasduttore: 8
9 Il biosensore di massa RQCM per le MTXs MISURA Df e DR 9
10 10
11 Il biosensore di massa RQCM per le MTXs Funzionalizzazione dei quarzi Struttura chimica del DSP (acido 3-3 ditiopropionico di N- succinimide estere). Attacco nucleofilo dell N del gruppo amminico di una proteina sul C carbonilico del DSP. 11
12 Il biosensore di massa RQCM per le MTXs AFLA B1 OTA Fumonisina ppb Ca caratterizzazione dei quarzi dopo funzionalizzazione con DSP policlonali monoclonali Ab-beads osservazione all microscopio - al microscopio AFM ottico ( 140 micron di spessore del coating di DSP) 12
13 Il biosensore di massa RQCM per le MTXs 13
14 Il biosensore di massa RQCM per le MTXs 14
15 Conclusioni I biosensori acustici di massa a tecnologia QCM mostrano potenzialità applicative di grande interesse per l identificazione ed il dosaggio delle MTXs L associazione dell utilizzo di molecole di affinità alla tecnologia QCM consente di sviluppare dispositivi diagnostici altamente specifici e sensibili per le MTXs 15
16 Prospettive future Validazione e caratterizzazione della prestazione analitica del biosensore Ottimizzazione della configurazione, possibilita di misurare in flusso sviluppo di biosensori RQCM che utilizzano differenti molecole di affinità, quali aptameri e MIPs 16
17 Ringraziamenti 17
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