Workpackage 1

WP1 : Realizzazione ed ottimizzazione di un sistema di deposizione per electrospray ionization (ESD) di enzimi in aria

Responsabile : A. Cartoni (Sapienza Università di Roma). Partecipanti : P. Bolognesi , M.C. Castrovilli e P. Calandra (CNR). Collaborazione con PMI : Biosensor srl.
Collaborazione con OdR esterni alla regione : CNR-IMAA.
Questa attività benficia di un’attiva collaborazione con le Dr.sse V. Scognamiglio e A. Antonacci dell’Istituto di Cristallografia del CNR (CNR-IC), esperte di biosensoristica e della Sig.ra E Tempesta dell’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del CNR (CNR-IGAG), tecnico di laboratorio chimico.

In questo WP sono posti i fondamenti sperimentali del progetto, con la finalità di:
- definire le condizioni sperimentali per effettuare una deposizione per ESD di enzimi attivi
- ottimizzare le tecniche di analisi chimico-fisica e di caratterizzazione morfologica per valutare l’efficacia della tecnica e la preservata attività del materiale biologico depositato
- valutare l’applicabilità della tecnica ESD “in aria” per la produzione di biosensori.

Il WP si articola in 2 attività:
Attività 1.1. Studio dell’effetto di solventi e additivi utilizzati nella soluzione dell’analita da depositare
Attività 1.2. Misura quantitativa del materiale depositato e analisi morfologica.

Nell’ambito di questa attività è stato realizzato un apparato versatile per realizzare una ESD a pressione atmosferica (“in aria”) in condizioni controllate (figura 1).

 

Figura 1 : Il set-up per ESD in aria con le sue varie componenti : la pompa Harvard Apparatus Pump 11 elite (1) e la siringa Hamilton 250 µl Gastight 1725 (2) con la soluzione sono poste all’esterno del box del set-up. Gli altri elementi in figura sono : un capillare in silica (lunghezza 50 cm e diametro interno 250 μm -Agilent Technologies) (3), ago (lunghezza 2 cm e diametro interno 100 μm -Vita Needles)(4), telecamera M-0616-E (SPECWELL) (5); traslatore x/y/z per l’allineamento dell’ago, Thorlabs)(6); portacampioni (7); elettrodo conico di focheggiamento (8); traslatore x/y per l’allineamento del portacampioni (Thorlabs) (9); traslatore x/y/z per l’allineamento elettrodo conico di focheggiamento (Thorlabs) (10); sorgente di luce a LED (12) per la visualizzazione del cono di Taylor.

 

 

 

 

 

 

 

Come illustrato nel report 1 questo sistema permette un buon controllo della deposizione. Il monitoraggio con la telecamera della qualità dello spray e l’introduzione dell’elettrodo di focheggiamento hanno ridotto notevolmente lo spreco di materiale rispetto alla situazione in cui lo spray è indirizzato direttamente sul portacampione.

SAL : Dicembre 2019
I risultati ottenuti in questa prima fase del progetto, soprattutto connessi alle attività del WP1 dedicata alla caratterizzazione della tecnica ESD in aria, hanno mostrato che la deposizione per electrospray ionization è una tecnica di immobilizzazione competitiva. Infatti nel caso test dell’enzima laccasi si è dimostrato che l’enzima depositato preserva il 75% della sua attività contro valori decisamente inferiori ottenuti con deposizioni via laser. Inoltre i biosensori ottenuti depositando l’enzima su elettrodi screen printed commerciali mostrano un’ottima risposta lineare, un buon limite di rivelabilità (2 µM), una sufficiente durata nel tempo (il sensore è stato utilizzato fino a 90 giorni dalla sua deposizione senza degradazione delle sue caratteristiche pur essendo stato conservato in condizioni di temperatura ambiente, senza particolare cura) e una buona potenzialità di riuso (lo stesso sensore è stato riutilizzato fino a 30 volte senza degradazione delle sue performance) .
Le implementazioni della tecnica nel set-up sviluppato ad-hoc (vd. Sezione 4 di questa relazione) permette inoltre di ridurre la quantità di materiale utilizzato per la deposizione, con un chiaro vantaggio economico nel suo trasferimento nel mercato. Inoltre la combinazione di questa tecnica di immobilizzazione con nanotecnologie per la produzione di opportuni elettrodi può portare ad un miglioramento sia del limite di rivelazione sia ad un ulteriore riduzione della quantità di materiale da immobilizzare.