I parte - Docenti.unina

INTRODUZIONE ALLE
MICROBILANCE A CRISTALLI DI
QUARZO (QCM)
Laurea Magistrale in Biotecnologie molecolari ed industriali
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
SENSORE: DEFINIZIONE
• Un sensore converte una forma di energia in un’altra, e nel fare ciò
trasferisce informazioni riguardo alcuni fenomeni fisici, chimici o
biologici.
• Misurando (quantità da misurare)
Segnale che porta
l’informazione (in genere
elettrico)
SENSORI, ATTUATORI E TRASDUTTORI
Grandezza
qualsiasi
TRASDUTTORE
SENSORE
Grandezza
qualsiasi
Grandezza
elettrica
ATTUATORE
SENSORI, ATTUATORI E TRASDUTTORI: QUALCHE ESEMPIO
• Termometro a mercurio
– Temperatura
Lunghezza
– Non è un sensore!
• Termometro digitale
– Temperatura
– È un sensore!
Resistenza elettrica
BIOSENSORI
• “A biosensor is a device incorporating a biological sensing element
either intimately connected to or integrated within a transducer. The
usual aim is to produce a digital electronic signal which is proportional
to the concentration of a specific chemical or set of chemicals.” (Turner
1987 "Biosensors: fundamental and applications”).
• Necessità di collegare diverse conoscenze:
- Biologia
Elementi biologici sensibili
- Chimica
Funzionalizzazione delle superfici
- Ingegneria
Integrazione delle componenti e fluidica
- Fisica
Principi di trasduzione e funzionamento del
dispositivo
4) SATURAZIONE
100
VALORE IN USCITA
3) REGIONE NON LINEARE
80
60
2) REGIONE LINEARE
40
20
1) REGIONE NON LINEARE
0
0
20
40
60
Misurando
80
100
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DI UN SENSORE
• Sensibilità
- Nella regione lineare: ∆V/∆M
• Limit Of Detection (LOD)
- S/N=3
• Selettività
- Biomolecole
QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE (QCM)
• Wafer di oro e quarzo
• Effetto piezoelettrico inverso
EFFETTO PIEZOELETTRICO
• Proprietà di alcuni materiali
cristallini di generare una
differenza di potenziale quando
sono soggetti a deformazione
meccanica.
• Effetto diretto e inverso
• Esempi:
– Orologi al quarzo
– Puntine di giradischi
FUNZIONAMENTO DELLE QCM
Equazione di Sauerbray
LE QCM SONO TRASDUTTORI MICROGRAVIMETRICI
Pompa peristaltica
µLibra
DUE ESEMPI DI SENSORI BASATI SU QCM
• INORGANICO: Sensore per la rivelazione di L-Istidina
basato su MIP (Molecularly Imprinted Polymer)
• ORGANICO: Immunosensore basato su anticorpi (IgG)
attivati mediante luce UV
TECNOLOGIA SOL-GEL
• Alcossidi del silicio + Alcool
corrispondente +Acqua
• Tecnica usata per produrre
nanoparticelle e vetro bioattivo a
temperatura ambiente
• Strategia dei polimeri
molecolarmente impressi
• A CONTROLLO
• B IMPRESSO
• La regione di linearità va da 5.0 · 10-8 a 1.0 · 10-4 M
• Detection limit 2.5 · 10-8 M (S/N = 3)
PHOTONIC IMMOBILIZATION TECHNIQUE (PIT)
UV laser pulses
λ 258 nm
0.25 W
10 kHz
350
irradiated
not-irradiated
300
f (Hz)
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
IgG concentration (mg/mL)
50