Gruppo interdisciplinare biosensori in fibra ottica. Ing. Pierluigi Pilla, PhD Università degli Studi del Sannio

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Gruppo interdisciplinare biosensori in fibra ottica. Ing. Pierluigi Pilla, PhD Università degli Studi del Sannio"

Giorgia Repetto
8 anni fa
Visualizzazioni

1 Gruppo interdisciplinare biosensori in fibra ottica Ing. Pierluigi Pilla, PhD Università degli Studi del Sannio

2 Gruppo interdisciplinare biosensori in fibra ottica Divisione di optoelettronica, Università degli Studi del Sannio, Benevento Prof. A. Cutolo, ordinario Prof. A. Cusano, associato Ing. P. Pilla, Post Doc Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto per i Materiali Compositi e Biomedici, Napoli Prof. M. Giordano, primo ricercatore Dott.ssa Anna Borriello, ricercatore Ing. V. Malachovska, ass. ricerca Dipartimento per le nuove tecnologie, Università Parthenope, Napoli Prof.ssa S. Campopiano, associato Ing. P. Foglia Manzillo, Dottorando Centro di Ricerca Interdisciplinare sui Biomateriali, Università di Napoli Federico II Prof. P. Netti, ordinario Dott.ssa Antonia de Capua, Post Doc

ssa Anna Borriello, ricercatore Ing. V. Malachovska, ass. ricerca Dipartimento per le nuove tecnologie, Università Parthenope, Napoli Prof.ssa S. Campopiano, associato Ing.

3 Obiettivo Realizzazione di una piattaforma tecnologica basata su trasduttori in fibra ottica per la realizzazione di biosensori label-free (privi di marcatori) Motivazioni Ricerca individuazione di nuovi principi di sensing, ingegnerizzazione dei biorecettori, comprensione delle interazioni trasduttore/recettore/analita Innovazione consolidamento delle tecnologie mature e brevettazione Applicazioni industria biomedica, alimentare, sicurezza Spin off possibilità di trasferire sul mercato i risultati della ricerca

biorecettori, comprensione delle interazioni trasduttore/recettore/analita Innovazione consolidamento delle tecnologie mature e

4 Tecnologia di trasduzione: Overlayered Long Period Gratings Il primo passo verso la realizzazione di un sensore biochimico label-free è la disponibilità di un rifrattometro altamente sensibile. I LPGs ricoperti con un sottile strato polimerico ad alto indice di rifrazione hanno dimostrato sensibilità pari a migliaia di nanometri per variazione unitaria di indice di rifrazione 1520 Transmission Incoming white light cladding core Wavelength res,0i n SRI eff, co L Transmission n 0i eff, cl jacket SRI Wavelength Outcoming light Wavelength [nm] Sensitivity Sensitivity ( /SRI ) gain [nm/riu] Higher order mode Bare LPG Lower order mode Bare LPG Modal Transition Nano-coated LPG ,1 1,2 1,3 1,4 SRI Increasing overlay Increasing overlay thickness thickness SRI SRI

Transmission Incoming white light cladding core Wavelength res,0i n SRI eff, co L Transmission n 0i eff, cl jacket SRI Wavelength Outcoming light Wavelength [nm] Sensitivity Sensitivity ( /SRI ) gain

5 International Journals [1] P. Pilla, A. Iadicicco, L. Contessa, S. Campopiano, A. Cusano, A. Cutolo, M. Giordano, "Optical Chemo-Sensor based on Long Period Gratings coated with δ form Syndiotactic Polystyrene, " IEEE Photonic Technology Letters Vol 17, No. 8, August [2] A. Cusano, A. Iadicicco, P. Pilla, L. Contessa, S. Campopiano, A. Cutolo, M. Giordano, "Cladding modes re-organization in high refractive index coated Long Period Gratings: effects on the refractive index sensitivity, " Optics Letters Vol. 30, Issue 19, pag [3] A. Cusano, P. Pilla, L. Contessa, A. Iadicicco, S. Campopiano, A. Cutolo, M. Giordano, G. Guerra, High Sensitivity Optical Chemo-Sensor Based on Coated Long Period Gratings for Sub ppm Chemical Detection in Water, Applied Physics Letters 87, (2005) (3 pages). [4] A. Cusano, A. Iadicicco, P. Pilla, L. Contessa, S. Campopiano, A. Cutolo, M. Giordano, Coated Long Period Fiber Gratings as High Sensitivity Opto-Chemical Sensors, Journal of Lightwave Technology, Vol. 24, Issue 4, pp [5] A. Cusano, A. Iadicicco, P. Pilla, L. Contessa, S. Campopiano, A. Cutolo, M. Giordano, Mode Transition in High Refractive Index Coated Long Period Gratings, Optics Express, Vol. 14, Issue 1, pp [6] A. Cusano, A. Iadicicco, P. Pilla, A. Cutolo, S. Campopiano and M. Giordano, Sensitivity characteristics in nanosized coated long period gratings, Applied Physics Letters 89, (2006). [7] P. Pilla, M. Giordano, M. L. Korwin-Pawlowski, W. J. Bock, A. Cusano, Sensitivity Characteristics Tuning in Tapered Long Period Gratings by Nanocoatings, IEEE Photonics Technology Letter 19, pp (2007). [8] P. Pilla, P. Foglia Manzillo, M. Giordano, M. L. Korwin-Pawlowski, W. J. Bock, A. Cusano, Spectral behavior of thin film coated cascaded tapered long period gratings in multiple configurations, Opt. Express 16, (2008) A. Cusano, P. Pilla, A. Cutolo, M. Giordano Modal Transition in Nano-Coated Long PeriodFiber Gratings: Principle and Applications to Chemical Sensing Innovative Photonic Structures for Bio/Chemical Detection (X. Fan Ed.) Springer (2008)

$Giordano, "Cladding modes re-organization in high refractive index coated Long Period Gratings: effects on the refractive index sensitivity, " Optics Letters Vol. 30, Issue 19, pag. 2536. [3] A.$

6 Tecnologia di trasduzione:potenzialità Elevata sensibilità (tra le più alte dimostrate) Elevato grado di tailoring (parameteri del reticolo e spessore di overlay) Semplicità di realizzazione (dip-coating + self assembly proteico) Vasta gamma di materiali utilizzabili (materiali polimerici di uso comune) Semplicità (necessita microfluidica meno performante rispetto a PCF LPGs) Nano-coated LPGs in photonic crystal fibers!!

assembly proteico) Vasta gamma di materiali utilizzabili (materiali polimerici di uso comune) Semplicità

7 Biocompatibilità dell overlay e riconoscimento biochimico L Adsorbimento di bovine serum albumin (BSA) è un trattamento comune per rendere biocompatibili substrati di PS. Avviene per ptincipalmente per interazione idrofobica ed è piuttosto stabile. BSA funzionalizzata con biotina (BBSA) permette di avere a disposizione un substrato chimicamente modificato per la cattura di streptavidina Il forte legame biotina-streptavidina è un comune benchmark usato in biosensing per verificare la funzionalità del sensore Inoltre una superficie modificata con streptavidina fornisce una matrice di cattura per qualsiasi campione biotinilato. Data la comune disponibilità di ulteriori recettori biotinilati la piattaforma presentata può essere usata per realizzare diversi biosensori BBSA PS overlay core cladding SA

BSA funzionalizzata con biotina (BBSA) permette di avere a disposizione un substrato chimicamente modificato per la cattura di streptavidina Il forte legame biotina-streptavidina è un comune

8 Risultati sperimentali I risultati sperimentali mostrano che gli overlayered LPGs sono in grado di rilevare la presenza di strati monomolecolari proteici e che tale strati rimangono legati in maniera piuttosto stabile nonostante diversi lavaggi Wavelength [nm] BBSA adsorption Washing cycles SA binding Wash Time [min] shift (final)[nm] t rise (10%-90% of final shift) [min] BBSA Streptavidin

9 Sviluppi futuri Ottimizzazione della sensibilità del trasduttore attraverso la progettazione del reticolo, microstrutturazione della fibra ottica e del layer polimerico Individuazione ed utilizzo di diversi materiali dalle convenienti proprietà bulk (ottiche, meccaniche) che possano essere impiegati come overlays Implementazione di funzionalizzazioni chimiche superficiali che salvaguardino le proprietà bulk e forniscano uno stabile, denso e attivo impacchettamento dei biorecettori Utilizzo di layer intermedi auto assemblanti (electrostatic self-assembly) come ulteriore alternativa di funzionalizzazione superficiale Ingegnerizzazione dei recettori tramite protocolli di biochimica combinatoriale (phage display technique). Ciò permette in teoria di avere recettori per qualsiasi target.

proprietà bulk e forniscano uno stabile, denso e attivo impacchettamento dei biorecettori Utilizzo di layer intermedi auto assemblanti (electrostatic self-assembly) come ulteriore alternativa di

Documenti analoghi

IREA. Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell Ambiente

IREA. Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell Ambiente IREA Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell Ambiente Romeo Bernini Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell Ambiente (IREA) Consiglio Nazionale delle Ricerche Via Diocleziano 328, 80124