Biosensori, Chimica analitica

Biosensori: futuri strumenti di misurazione

Francesco Mancuso, Biotecnologie Industriali

Cosa è un biosensore

Dispositivo analitico che incorpora un trasduttore di segnale con un sistema biologico, il cui obiettivo è quello di produrre un segnale elettronico proporzionale alla concentrazione del campione in esame.

• Analita
• Risposta
• Analisi
• Rivelazione
• Segnale

È un superprobe: ha la sensibilità sia del sistema biologico che del trasduttore. Importante perché fa misure rapide e specifiche e risolve problemi che non si possono affrontare con altre metodologie.

Può essere applicato in numerosi campi:

• Medico: glucosio, alcol, DNA, RNA, proteine, ormoni, penicillina
• Industriale: lieviti, acido lattico, etanolo
• Ambientale: pesticidi, fertilizzanti, anabolizzanti
• Forense: antrace, agenti nervini, cocaina

Caratteristiche

Deve rispondere a determinati parametri:

• Precisione: grado di concordanza tra i risultati ottenuti analizzando più volte il campione
• Accuratezza: grado di concordanza tra il valore medio di una serie di misure e il "valore vero"
• Sensibilità: quanto il metodo può discriminare tra piccole variazioni di concentrazione dell'analita
• Specificità: stima della capacità di un metodo di individuare selettivamente un determinato analita
• Limite di rilevabilità: LOD, contenuto più basso di un analita rilevabile in modo statisticamente significativo
• Limite di quantificazione: LOQ, il più basso livello di analita che può essere quantificato
• Robustezza: misura la capacità del metodo di rimanere valido in seguito a piccole variazioni delle condizioni operative
• Rumore: è l'insieme di segnali indesiderati che si sovrappongono al segnale utile da misurare. Tutti i sensori producono un certo rumore in uscita, che limita le prestazioni del sistema.

Varietà dei biosensori

Esistono diversi tipi di biosensori in quanto ci sono molti tipi di trasduttore che si possono utilizzare:

• Elettrochimici
  • Amperometrici: Elettrodo a O₂ di Clark, sistemi elettrodici con e senza mediatore
  • Potenziometrici: Elettrodi redox o ionoselettivi, sensori potenziometrici
  • Conduttometrici: Elettrodi di platino o d'oro
• Ottici: sistemi a fibra ottica, sfruttano la riflessione causata dal superamento dell' "angolo limite"
• Acustici: cristalli piezoelettrici
• Calorimetrici: termistori, misurano la variazione di entalpia

Vantaggi

• Offrono le migliori garanzie per le applicazioni analitiche in termini di sensibilità, riproducibilità e selettività.
• I tempi di risposta sono dell'ordine di qualche minuto.
• Possono essere inseriti in celle a flusso per effettuare misure in continuo.
• Sono relativamente facili da assemblare.
• Fibre ottiche: possono essere miniaturizzati e costruiti come sistemi monouso a prezzi estremamente convenienti.

Biosensori elettrochimici

Seguono l'equazione di Nernst: E = K + (RT/nF) ln a_i

di ossido-riduzione il cui potenziale elettrodico è dovuto a un...