LE POSSIBILI APPLICAZIONI DEI BIOSENSORI IN CAMPO AMBIENTALE E CLINICO

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Ambra Barone
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1 LE POSSIBILI APPLICAZIONI DEI BIOSENSORI IN CAMPO AMBIENTALE E CLINICO F.Arduini Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche, Università di Roma Tor Vergata, Roma, Italy, fabiana.arduini@uniroma2.it

2 BIOSENSORI PER LA DETERMINAZIONE DI PESTICIDI ORGANOFOSFORICI E CARBAMMICI

3 SVILUPPO DI UN BIOSENSORE PER LA MISURA DI PESTICIDI I pesticidi organofosforici e carbammici sono ampiamente utilizzati in agricoltura in quanto caratterizzati da una bassa persistenza nell ambiente e da una comunque alta tossicità Tali pesticidi hanno la capacità di inibire irreversibilmente un enzima chiave della trasmissione nervosa (l enzima acetilcolinesterasi) Acetilcolina + H 2 O AChE+pesticidi Colina + acido acetico

4 SVILUPPO DI UN BIOSENSORE PER LA MISURA DI PESTICIDI.. Misurando l attività enzimatica (AChE) prima (P 0 ) e dopo (P i ) l esposizione del biosensore al campione è possibile determinare la concentrazione dei pesticidi organofosforici e carbammici presenti nel campione reale I% P P i P 0 0 x 100

5 SVILUPPO DI UN BIOSENSORE ELETTROCHIMICO MONOENZIMATICO PER LA MISURA DI PESTICIDI BIOSENSORE MONOENZIMATICO Acetiltiocolina + H 2 O AChE tiocolina + acido acetico

d=(95±15) nm S. Cinti, F. Arduini, G. Vellucci, I. Cacciotti, F.

6 CARATTERIZZAZIONE DELLA SUPERFICIE ELETTRODICA MEDIANTE SEM PRUSSIAN BLUE (PB) KFe III [Fe II (CN) 6 ] bare-spe PBNPs-SPE d=(95±15) nm S. Cinti, F. Arduini, G. Vellucci, I. Cacciotti, F. Nanni, D. Moscone, Electrochemistry Communications (2014), 47, 63-66

7 INTEGRAZIONE DEL BIOSENSORE IN UN SISTEMA IN FLUSSO V3

8 CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL BIOSENSORE 1,4 1,2 1,0 Misura del substrato prima dell inibizione Misura del substrato dopo l inibizione Current / A 0,8 0,6 y= 5.17x , R 2 = ,4 0,2 tampone tampone tampone 0, Measurement time / minutes

9 STUDIO DELLA STABILITA IN CONDIZIONI NON OPERATIVE 2,5 2,0 Current / A 1,5 1,0 0,5 0, Days Potenziale applicato:+200 mv vs Ag/AgCl, tampone fosfato 0.05 M + KCl 0.1 M, ph 7.4, butirriltiocolica 5 mm, storage conditions: dry a RT 9

10 APPLICAZIONE IN DIVERSI CAMPIONI DI ACQUA Sample Campione diluito 1:4 (v/v) con tampone Campione fortificato con 25 ppb paraoxon Concentrazione di paraoxon trovata (ppb) Recupero (%) Acqua potabile ±1.2 90±5 Lago Albano ± ±12 Tevere ± ±9

11 Progetto Industria 2015

13 SENSORI PER LA DETERMINAZIONE DI PIOMBO, CADMIO, ZINCO ARSENICO, MERCURIO

15 SENSORI ELETTROCHIMICI BASATI SU ELETTRODI STAMPATI

PRINCIPIO PER LA MISURA DEI METALLI PESANTI (e.g.

STEP Il Pb 2+ viene ridotto e accumulato sulla superficie

depositato anche un film di 40 bismuto 2 STRIPPING STEP Il Pb

10-1,0-0,8-0,6-0,4 Potential (V) F. Arduini, J.

16 PRINCIPIO PER LA MISURA DEI METALLI PESANTI (e.g. piombo) UTILIZZANDO ELETTRODI STAMPATI 1 PRE-CONCENTRATION STEP Il Pb 2+ viene ridotto e accumulato sulla superficie dell elettrodo di lavoro del sensore sul quale viene depositato anche un film di 40 bismuto 2 STRIPPING STEP Il Pb 2+ viene ridissolto e il picco osservato ,0-0,8-0,6-0,4 Potential (V) F. Arduini, J. Calvo Quintana, A. Amine, G. Palleschi, D. Moscone,Trends in Analytical Chemistry, 2010, 29, 1295 Current (microa)

17 Misura di Zn 2+, Cd 2+ e Pb 2+ e utilizzando SPE modificato con film di bismuto 75 ppb 50 ppb 25 ppb 10 ppb 5 ppb Bianco Zn 2+ Cd 2+ Pb 2+ Anodic stripping voltammograms using SPE modified with Bi film without and with Zn 2+,Cd 2+ and Pb 2+ at 5, 10, 25, 50 and 75 ppb in acetate buffer ph=4.6.

18 Misura di Cd 2+ e Pb 2+ utilizzando SPE modificato con film di bismuto Pb ppb 40 ppb 30 ppb 20 ppb 10 ppb Cd 2+ 5 ppb Bianco Anodic stripping voltammograms using SPE modified with Bi film without and with Cd 2+ and Pb 2+ at 5, 10, 20, 30, 40 and 50 ppb in acetate buffer ph=4.6.

22 SENSORE PER LA DETERMINAZIONE DELL ARSENICO

23 SENSORE PER LA DETERMINAZIONE DELL As(III) CBNPs + AuNPs

25 Caratterizzazione analitica i/ A 40 i/ A As(III) / ppb E/V vs Ag/AgCl LS-ASV in 0.1 M HCl +0.01% w/v acido ascorbico, scan rate = 0.8 V/s, t deposizione = 300 s, E cleaning=0.2 V, t cleaning= 10 s. Intervallo di linearità: 2-30 ppb Y=0.629x-0.25, R 2 =0.999 LOD = 0.4 ppb Limite di legge= 10 ppb S. Cinti, S. Politi, D. Moscone, G. Palleschi, F. Arduini, Electroanalysis (2014), 26,

26 Applicazione in campioni reali Studi di recupero As(III) Campione di acqua potabile Campione di acqua potabile Campione di acqua potabile ppb 20 ppb Recupero%± RSD% (n=3) - 99±9 108±4

27 Misura di Hg 2+ utilizzando SPE modificato con CBNPs e AuNPs 80 Voltammogrammi ottenuti nell intervallo ppb Hg 2+ Curva di calibrazione ppb Hg i/ i/ ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 E/V [Hg ]/ppb Voltammetria di stripping ad onda quadra, E dep=0.2 V, t dep=400 s, E cond=0.6 V, Freq=60 Hz, E ampl= 0.1 V, t cond=10 s, t eq =10 s,estep= 0.01 V

CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL SENSORE Curva di calibrazione 10-50 ppb di Hg 2+ 50

28 CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL SENSORE Curva di calibrazione ppb di Hg i/ y= -8,77+1,09x R 2 =0,90 LOD = 3.4 ppb [Hg 2+ ]/ppb

29 Misura di Hg 2+ utilizzando SPE d oro modificato con AuNPs 6 i/ ppb 10 ppb 15 ppb 20 ppb 25 ppb 30 ppb Y= x R 2 = LOD= 0.16 ppb 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 E/V SWV E dep=0,2 V, t dep=400 s, E cond=0,6 V, Freq=60 Hz, E ampl= 0,1 V, t cond=10 s, t eq =10s, Estep= 0,01 V

B.E.A.T. BioElectroAnalytic Tor Vergata The group: Prof. D. Moscone Prof. G. Palleschi Prof. L. Micheli Dr F. Arduini Dr G. Volpe Dr S. Piermarini Visiting Prof. A. Amine Dr D. Neagu Dr D.

35 B.E.A.T. BioElectroAnalytic Tor Vergata The group: Prof. D. Moscone Prof. G. Palleschi Prof. L. Micheli Dr F. Arduini Dr G. Volpe Dr S. Piermarini Visiting Prof. A. Amine Dr D. Neagu Dr D. Romanazzo PhD student S. Cinti PhD student D. Talarico PhD student A. De Stefano PhD student K. Petropoulos PhD student M. Rossetti Students F. Santella G. Simone C. Fiore F. Pallotto M.R. Tomei N. Colozza V.Pagliarini M. De Santis

37 SCELTA DEL TIPO DI IMMOBILIZZAZIONE

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