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, [email protected]
BIOSENSORI PER LA
DETERMINAZIONE DI
PESTICIDI
ORGANOFOSFORICI E
CARBAMMICI
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 + H2O
AChE+pesticidi
Colina + acido acetico
SVILUPPO DI UN BIOSENSORE PER LA MISURA DI
PESTICIDI
.. Misurando l’attività enzimatica (AChE) prima (P0) e
dopo (Pi) l’esposizione del biosensore al campione è
possibile determinare la concentrazione dei pesticidi
organofosforici e carbammici presenti nel campione
reale
P0 Pi
I %
P0
x100
SVILUPPO DI UN BIOSENSORE ELETTROCHIMICO
MONOENZIMATICO
PER LA MISURA DI PESTICIDI
BIOSENSORE MONOENZIMATICO
Acetiltiocolina + H2O
AChE
tiocolina + acido acetico
CARATTERIZZAZIONE DELLA SUPERFICIE
ELETTRODICA MEDIANTE SEM
PRUSSIAN BLUE (PB)
bare-SPE
KFeIII[FeII(CN)6]
PBNPs-SPE
d=(95±15) nm
S. Cinti, F. Arduini, G. Vellucci, I. Cacciotti, F. Nanni, D. Moscone, Electrochemistry Communications (2014), 47, 63-66
INTEGRAZIONE DEL BIOSENSORE IN UN
SISTEMA IN FLUSSO
V3
CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL BIOSENSORE
1,4
1,2
Misura del substrato prima dell’inibizione
Misura del substrato dopo l’inibizione
Current /A
1,0
0,8
y= 5.17x + 20.7,
R2= 0.952
0,6
0,4
tampone
tampone
0,2
tampone
0,0
0
20
40
Measurement time / minutes
60
80
STUDIO DELLA STABILITA’ IN CONDIZIONI NON OPERATIVE
2,5
Current / A
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1
10
30
40
60
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
APPLICAZIONE IN DIVERSI CAMPIONI DI ACQUA
Campione diluito 1:4 (v/v)
con tampone
Campione fortificato
con 25 ppb paraoxon
Sample
Recupero (%)
Concentrazione di paraoxon trovata (ppb)
Acqua
potabile
Lago
Albano
Tevere
-
22.5±1.2
90±5
-
28.8±3.1
115±12
-
29.8±2.3
119±9
Progetto
Industria 2015
SENSORI PER LA
DETERMINAZIONE DI
PIOMBO, CADMIO, ZINCO
ARSENICO, MERCURIO
SENSORI ELETTROCHIMICI BASATI
SU ELETTRODI STAMPATI
PRINCIPIO PER LA MISURA DEI METALLI
PESANTI (e.g. piombo) UTILIZZANDO
ELETTRODI STAMPATI
1 – PRE-CONCENTRATION STEP
2 – STRIPPING STEP
Il Pb2+ viene ridissolto e il
picco osservato
Current (microA)
Il Pb2+ viene ridotto e accumulato
sulla superficie dell’elettrodo di
lavoro del sensore sul quale viene
depositato anche un film 40 di
bismuto
30
20
10
-1,0
-0,8
-0,6
Potential (V)
F. Arduini, J. Calvo Quintana, A. Amine, G. Palleschi, D. Moscone,Trends in Analytical Chemistry, 2010, 29, 1295
-0,4
Misura di Zn2+, Cd2+e Pb2+ e utilizzando SPE
modificato con film di bismuto
Pb2+
75 ppb
50 ppb
Zn2+
Cd2+
25 ppb
10 ppb 5 ppb
Bianco
Anodic stripping voltammograms using SPE modified with Bi film without and with Zn2+, Cd2+ and Pb2+ at 5, 10,
25, 50 and 75 ppb in acetate buffer pH=4.6.
Misura di Cd2+ e Pb2+ utilizzando SPE modificato con
film di bismuto
Pb2+
50 ppb
40 ppb
30 ppb
20 ppb
10 ppb
Cd2+
5 ppb
Bianco Anodic stripping voltammograms using SPE modified with Bi film without and with Cd2+ and
Pb2+ at 5, 10, 20, 30, 40 and 50 ppb in acetate buffer pH=4.6.
SENSORE PER LA
DETERMINAZIONE
DELL’ARSENICO
SENSORE PER LA DETERMINAZIONE DELL’ As(III)
CBNPs
+
AuNPs
Caratterizzazione analitica
120
100
100
80
80
60
i/A40
60
i/A
40
20
0
0
50 100 150 200 250 300 350
As(III) / ppb
20
0
-0.4
-0.2
0.0
0.2
E/V vs Ag/AgCl
0.4
0.6
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, R2=0.999
LOD = 0.4 ppb
Limite di legge= 10 ppb
S. Cinti, S. Politi, D. Moscone, G. Palleschi, F. Arduini, Electroanalysis (2014), 26, 931-939
Applicazione in campioni reali
Studi di recupero
As(III)
Recupero%±
RSD% (n=3)
Campione di acqua
Campione di
Campione di
potabile
acqua potabile
acqua potabile +
+ 10 ppb
20 ppb
99±9
108±4
-
Misura di Hg2+ utilizzando SPE modificato con CBNPs e AuNPs
Voltammogrammi ottenuti
nell’intervallo 10-100 ppb Hg2+
Curva di calibrazione 10-100 ppb Hg2+
80
80
70
60
60
i/
i/
50
40
40
30
20
20
10
0
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0
E/V
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
20
40
60
[Hg2+]/ppb
80
100
120
CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL SENSORE
Curva di calibrazione 10-50 ppb di Hg2+
50
40
y= -8,77+1,09x
i/
30
LOD = 3.4 ppb
20
10
0
0
10
20
30
2+
[Hg ]/ppb
40
50
60
R2=0,90
Misura di Hg2+ utilizzando SPE d’oro modificato con AuNPs
6
5
5 ppb
10 ppb
15 ppb
20 ppb
25 ppb
30 ppb
i/
4
Y= 0.352+0.0978x
R2=0.999
3
2
LOD= 0.16 ppb
1
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. 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
C. Fiore
M.R. Tomei
V.Pagliarini
G. Simone
F. Pallotto
N. Colozza
M. De Santis
SCELTA DEL TIPO DI IMMOBILIZZAZIONE
