Biosensori elettrochimici: applicazione ed integrazione in circuiti microfluidici

I biosensori elettrochimici sono una tipologia di biosensori che misurano variazioni delle proprietà elettriche dovute ad una risposta biochimica. Un’applicazione di questi biosensori è il monitoraggio e la registrazione dell’attività cellulare che può avvenire utilizzando sia sensori amperometrici per effettuare misure riguardanti fenomeni di secrezione cellulare (esocitosi), sia sensori potenziometrici atti alla misura di segnali elettrici (potenziali d’azione). Entrambe queste tipologie risultando di particolare interesse per monitorare l’attività cellulare di specifiche cellule eccitabili come neuroni e cellule dopaminergiche. Recentemente, proprio grazie all’impiego di biosensori in diamante artificiale, il gruppo di Fisica dello stato solido ha osservato un significativo aumento della frequenza di secrezione delle cellule della linea PC12 a seguito dell’irraggiamento con radiazioni ionizzanti (raggi X), le cui ragioni sono oggetto di studio. Al fine di riuscire di identificare i meccanismi biologici che portano a queste variazioni è necessario eseguire esperimenti farmacologici simultanei agli irraggiamenti in cui le cellule piastrate o parte di esse viene esposta a specifiche soluzioni che ne modificano la normale attività cellulare. Per riuscire a svolgere questa tipologia di esperimenti è però necessario controllare piccole quantità (µl) di fluidi avendo allo stesso tempo un’elevata risoluzione spaziale nella definizione dei canali fluidici. Questa tesi si propone come obiettivo quello di utilizzare biosensori elettrochimici per l’utilizzo in esperimenti di radiobiologia e di integrare tali sensori con circuiti microfluidici. Durante il lavoro di tesi sono stati utilizzati biosensori elettrochimici in diamante artificiale con multi-elettrodi grafitici sviluppati dal gruppo di Fisica dello stato solido principalmente per misure amperometriche e sensori commerciali in vetro con multi-elettrodi in nitruro di titanio per misure potenziometriche. Misure potenzionemtriche: Le prime misure eseguite hanno riguardato cellule neuronali, ed in particolare, hanno permesso di osservare, in analogia a quanto avviene per la secrezione, un significativo aumento della frequenza dei segnali di potenziale d’azione dovuto all’irraggiamento con raggi X. Per investigare l’aumento dell’attività cellulare sono state eseguite misure comprendenti alcune soluzioni farmacologiche atte ad isolare specifici effetti biologici che si intendevano verificare. Durante questi esperimenti si è resa necessaria la realizzazione di un dispositivo microfluidico che, integrato con i biosensori, permettesse di perfondere con quantità controllata e costante due soluzioni farmacologiche differenti contemporaneamente nel terreno cellulare Parallelamente si sono mossi i primi passo verso la creazione di un dispositivo microfluidico in grado di integrare al suo interno un biosensore in diamante artificiale con piste grafitiche superficiali che permetta, sfruttando un canale microfluidico, di eseguire misure amperometriche su singola cellula migliorando la precisione e aumentando il numero di misure ottenibili durante gli esperimenti. Il primo dispositivo realizzato in questo senso è un prototipo che permette di misurare i segnali elettrici prodotti dall’ossidazione della dopamina disciolta in una soluzione di test.