F.Arduini

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche, Università di Roma Tor Vergata, Roma, Italy, fabiana.arduini@uniroma2.it

LE POSSIBILI APPLICAZIONI DEI BIOSENSORI IN CAMPO

AMBIENTALE E CLINICO

BIOSENSORI PER LA DETERMINAZIONE DI

PESTICIDI ORGANOFOSFORICI E

CARBAMMICI

I pesticidi organofosforici e carbammici sono ampiamente utilizzati in agricoltura in quanto caratterizzati da una bassa persistenza nell’ambiente e da una comunque alta tossicità

Tali pesticidi hanno la capacità di inibire irreversibilmente un enzima chiave della trasmissione nervosa (l’enzima acetilcolinesterasi)

Acetilcolina + H2O Colina + acido aceticoAChE+pesticidi

SVILUPPO DI UN BIOSENSORE PER LA MISURA DIPESTICIDI

.. Misurando l’attività enzimatica (AChE) prima (P0) e dopo (Pi) l’esposizione del biosensore al campione è possibile determinare la concentrazione dei pesticidi organofosforici e carbammici presenti nel campione reale

1000

0 xP

PPI i

%

SVILUPPO DI UN BIOSENSORE PER LA MISURA DIPESTICIDI

Acetiltiocolina + H2O tiocolina + acido aceticoAChE

BIOSENSORE MONOENZIMATICO

SVILUPPO DI UN BIOSENSORE ELETTROCHIMICO MONOENZIMATICO

PER LA MISURA DI PESTICIDI

PBNPs-SPE d=(95±15) nmbare-SPE

CARATTERIZZAZIONE DELLA SUPERFICIE ELETTRODICA MEDIANTE SEM

PRUSSIAN BLUE (PB) KFeIII[FeII(CN)6]

S. Cinti, F. Arduini, G. Vellucci, I. Cacciotti, F. Nanni, D. Moscone, Electrochemistry Communications (2014), 47, 63-66

V3

INTEGRAZIONE DEL BIOSENSORE IN UN SISTEMA IN FLUSSO

Measurement time / minutes

0 20 40 60 80

Cur

rent

/A

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

y= 5.17x + 20.7,R2= 0.952

Misura del substrato prima dell’inibizione

tamponetampone tampone

Misura del substrato dopo l’inibizione

CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL BIOSENSORE

STUDIO DELLA STABILITA’ IN CONDIZIONI NON OPERATIVE

9

Potenziale applicato:+200 mV vs Ag/AgCl, tampone fosfato 0.05 M + KCl 0.1 M, pH 7.4, butirriltiocolica 5 mM, storage conditions: dry a RT

Days

1 10 30 40 60

Cur

rent

/ A

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Sample

Campione diluito 1:4 (v/v) con tampone

Campione fortificato con 25 ppb paraoxon

Recupero (%)Concentrazione di paraoxon trovata (ppb)

Acquapotabile

- 22.5±1.2 90±5

LagoAlbano

- 28.8±3.1 115±12

Tevere - 29.8±2.3 119±9

APPLICAZIONE IN DIVERSI CAMPIONI DI ACQUA

Progetto Industria 2015

SENSORI PER LA DETERMINAZIONE DI

PIOMBO, CADMIO, ZINCO ARSENICO, MERCURIO

SENSORI ELETTROCHIMICI BASATI SU ELETTRODI STAMPATI

1 – PRE-CONCENTRATION STEP

2 – STRIPPING STEP

Il Pb2+ viene ridotto e accumulatosulla superficie dell’elettrodo dilavoro del sensore sul quale vienedepositato anche un film dibismuto

Il Pb2+ viene ridissolto e ilpicco osservato

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4

10

20

30

40

Potential (V)

Curr

ent

(mic

roA

)

PRINCIPIO PER LA MISURA DEI METALLI PESANTI (e.g. piombo) UTILIZZANDO

ELETTRODI STAMPATI

F. Arduini, J. Calvo Quintana, A. Amine, G. Palleschi, D. Moscone,Trends in Analytical Chemistry, 2010, 29, 1295

75 ppb

50 ppb

25 ppb

10 ppb 

5 ppb

Bianco

Anodic stripping voltammograms using SPE modified with Bi film without and with Zn2+, Cd2+ and Pb2+ at 5, 10,25, 50 and 75 ppb in acetate buffer pH=4.6.

Pb2+Zn2+

Cd2+

Misura di Zn2+, Cd2+e Pb2+ e utilizzando SPE modificato con film di bismuto

Anodic stripping voltammograms using SPE modified with Bi film without and with Cd2+ andPb2+ at 5, 10, 20, 30, 40 and 50 ppb in acetate buffer pH=4.6.

50 ppb

40 ppb

30 ppb

20 ppb

10 ppb

5 ppb

Bianco 

Cd2+

Pb2+

Misura di Cd2+ e Pb2+ utilizzando SPE modificato con film di bismuto

SENSORE PER LA DETERMINAZIONE

DELL’ARSENICO

+AuNPs

CBNPs

SENSORE PER LA DETERMINAZIONE DELL’ As(III)

Intervallo di linearità: 2-30 ppbY=0.629x-0.25, R2=0.999

LOD = 0.4 ppb

Limite di legge= 10 ppb

Caratterizzazione analitica

LS-ASV in 0.1 M HCl +0.01% w/v acido ascorbico, scan rate= 0.8 V/s, t deposizione = 300 s, E cleaning=0.2 V, tcleaning= 10 s.

E/V vs Ag/AgCl -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

i/A

0

20

40

60

80

100

120

As(III) / ppb0 50 100 150 200 250 300 350

i/A

0

20

40

60

80

100

S. Cinti, S. Politi, D. Moscone, G. Palleschi, F. Arduini, Electroanalysis (2014), 26, 931-939

Studi di recuperoCampione di acqua

potabile

Campione di

acqua potabile

+ 10 ppb

Campione di

acqua potabile +

20 ppb

Recupero%±

RSD% (n=3)

- 99±9 108±4

Applicazione in campioni reali

As(III)

[Hg2+]/ppb0 20 40 60 80 100 120

i/

0

20

40

60

80

Curva di calibrazione 10-100 ppb Hg2+

E/V

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

i/

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Voltammogrammi ottenuti nell’intervallo 10-100 ppb Hg2+

Misura di Hg2+ utilizzando SPE modificato con CBNPs e AuNPs

Voltammetria di stripping ad onda quadra,E dep=0.2 V, t dep=400 s, E cond=0.6 V, Freq=60 Hz, E ampl= 0.1 V, t cond=10 s, t eq =10 s ,Estep= 0.01 V

CARATTERIZZAZIONE ANALITICA DEL SENSORE

Curva di calibrazione 10-50 ppb di Hg2+

[Hg2+]/ppb

0 10 20 30 40 50 60

i/

0

10

20

30

40

50

y= -8,77+1,09x R2=0,90

LOD = 3.4 ppb

E/V

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

i/

0

1

2

3

4

5

6

5 ppb 10 ppb15 ppb20 ppb 25 ppb 30 ppb

SWV E dep=0,2 V, t dep=400 s, E cond=0,6 V, Freq=60 Hz, E ampl= 0,1 V, t cond=10 s, t eq =10s , Estep= 0,01 V

LOD= 0.16 ppb

Y= 0.352+0.0978x R2=0.999

Misura di Hg2+ utilizzando SPE d’oro modificato con AuNPs

The group:Prof. D. Moscone Prof. G. PalleschiProf. L. MicheliDr F. Arduini Dr G. VolpeDr S. Piermarini

B.E.A.T. BioElectroAnalytic “Tor Vergata”

Dr D. NeaguDr D. RomanazzoPhD student S. CintiPhD student D. TalaricoPhD student A. De StefanoPhD student K. PetropoulosPhD student M. Rossetti

StudentsF. Santella G. SimoneC. Fiore F. PallottoM.R. Tomei N. ColozzaV.Pagliarini M. De Santis

Visiting Prof. A. Amine

SCELTA DEL TIPO DI IMMOBILIZZAZIONE