Relazione 30/09/02
Un sensore chimico e’ un dispositivo che permette di rilevare selettivamente un dato analita,
attraverso una reazione chimica. Puo’ essere usato per misure qualitative o quantitative ed e’
costituito essenzialmente da due parti, una regione in cui ha luogo la reazione chimica e un
trasduttore che, mediante il segnale prodotto dalla reazione chimica, misura la quantita’ dell’analita.
Questi dispositivi sono molto accurati e precisi, permettono di tenere sotto controllo diversi
parametri connessi alla salute e all’inquinamento ambientale. Esiste, quindi, una richiesta sempre
crescente di tali sensori. Lo scopo ultimo e’ quello di produrre in massa dispositivi sensoriali
miniaturizzati e capaci di monitorare qualunque cosa.
Generalmente questi dispositivi funzionano con un elettrodo (esterno o interno) di riferimento
rispetto al quale si misura una differenza di potenziale ionoselettiva ( per es. sodio, potassio o anche
entrambi).
I biosensori sono dispositivi integrati, nei quali un componente biologico – il cosiddetto
biomediatore -, immobilizzato secondo particolari schemi operativi, e’ accoppiato ad un trasduttore
di segnale. Danno una risposta quantitativa di una reazione biochimico-fisica tra il mediatore
biologico ed il substrato. In pratica, sono capaci di registrare, selettivamente e rapidamente, la
concentrazione e l’attivita’ di analiti presenti nel campione.
I biomediatori possono essere enzimi, recettori, anticorpi, microrganismi viventi, tessuti animali o
vegetali, organelli cellulari.
L’interazione tra il mediatore biologico ed il campione analizzato modifica uno o piu’ parametri
chimico-fisici; il trasduttore rivela la variazione del parametro e la converte in un segnale elettrico,
ottico, calorimetrico o acustico che puo’ essere opportunamente amplificato, elaborato e
visualizzato.
Di solito i biosensori vengono classificati sia in base alla natura del biorecettore sia in base al tipo di
trasduttore utilizzato. Secondo quest’ultimo criterio si hanno:
Biosensori elettrochimici
Biosensori ottici (optrodi)
Biosensori calorimetrici
Biosensori acustici.
Un particolare tipo di biosensore gia’ realizzato e’ quello a glucosio.
Puo’ funzionare con diverse modalita’:
Campione
Recettore Trasduttore
Segnale Elettronica
Sangue
Elettrodo di
Urine
Glucosio
Clark
Corrente Potenziometro
Brodi di fermentazione ossidasi Elettrodo a
Amperometro
Alimenti
H2O2
L’enzima glucosio ossidasi catalizza la seguente reazione:
glucosio + O2
Glucosio ossidasi
acido gluconico + H2O2
Il biosensore puo’ cosi funzionare misurando l’ossigeno consumato (elettrodo di Clark) oppure
l’acqua ossigenata prodotta dalla reazione (elettrodo a H2O2 ): in questo secondo caso si richiede
una minore sensibilita’ del sensore per la rivelazione del segnale.
Una parte essenziale di un biosensore e’ la membrana che funzione sia come filtro per l’analita in
studio, sia come rivestimento del trasduttore per l’immobilizzazione ed orientazione del mediatore
biologico.
Le membrane possono essere porose o compatte a seconda che il meccanismo di trasporto dominate
sia la diffusione attraverso i pori o la solubilita’. Per quanto riguarda la diffusione attraverso i pori
sono discriminanti i raggi delle molecole o le cariche superficiali.
Nel biosensori a glucosio le membrane fungono da barriere e, insieme allo strato enzimatico,
abbassano la concentrazione di ossigeno presente nel campione.
Attivita’ sperimentali
Durante l’attivita’ sperimentale e’ stata preparata una membrana di acetato di cellulosa selettiva per
l’ H2O2. Si deposita un film sottile di acetato di cellulosa sul vetro tramite uno stratificatore multilume; si lascia asciugare per circa trenta minuti e, poi, si rimuove dal vetro, lasciandola a bagno
nell’acqua per alcuni minuti e sollevandola con un foglio di teflon.
Sono state anche preparate due soluzioni:
500 ml di tampone fosfato 0.1 M a pH 7.0
100 ml di H2O2, 0.1 M.
