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 Grandezza elettrica TRASDUTTORE SENSORE ATTUATORE

SeNSORI, ATTUATORI E TRASDUTTORI: Qualche esempio Termometro a mercurio Temperatura Lunghezza Non è un sensore! Termometro digitale Temperatura Resistenza elettrica È un sensore!

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 3) REGIONE NON LINEARE 2) REGIONE LINEARE 1) REGIONE NON LINEARE

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