Elettrochemiluminescenza: fondamenti, materiali ed applicazioni

Electrochemiluminescence is an analytical technique which records potential difference. It is based on the light emission of a compound as a result of an electrochemical reaction. Nowadays, it is employed in different fields. The most interesting among those fields is bioanalysis. On said subject, publications have been increased considerably between 2010 and 2020. The reason for such growth is because of the clarification of the reaction mechanisms of this technique, which was born around 1960. This made to use bioanalysis possible as an analytical technique. The emission of ECLs can take place through three pathways: • breakage of the emitter bond. • induction of excited electrons. • and electron transfer. The latter can be further subdivided into the pathways of annihilation and co-reactant. Electron transfer is the most used, as it allows better control of the reaction. Luminophores in ECL can be of either organic or inorganic emitters. The most used organic molecules are luminol (the most widely used of organic compounds), lucigenin and polymer matrix compounds (only under specific conditions because of their insolubility in water). The essential inorganic compounds are ruthenium (II), platinum (II) and iridium (III) complexes. Ruthenium is the most important, due to the solubility and stability of its complexes. In particular Ru(bpy)32+, which has the advantage of 100% light yield and can follow both the annihilation and co-reactant pathways. ECL has many purposes, which is a major advantage for a wide variety of industrial applications of the technique. OLED (organic light emitting diode) technology is made by employing the ability to emit visible light from the cells that make up the screen as current passes through them. OLED displays are lighter and have better image quality. OLED displays are increasingly used in televisions and smartphones. However, the analytical use of ECL remains the main one, particularly in the biological field for disease diagnosis and bioassay. Nowadays, various declinations of the technique are used to diagnose the most common types of cancer worldwide, enabling faster and more sensitive diagnoses. During the Covid-19 pandemic, ECL was used for screening activity by performing serological tests for the detection of antibodies in individuals affected by Coronavirus or in studying the immune system response in vaccinated people. ECL has great potential, especially because of the qualitative and quantitative advantages it offers. The exclusive use of rare-metal derivatives prevents its wider use because of the costs involved. Indeed, it is in this direction that world of research is moving, with the aim of making the technique increasingly affordable and usable, not only in the laboratory but also on site.

’elettrochemiluminescenza è una tecnica analitica, basata sull’emissione luminosa di un composto in seguito ad una reazione, dovuta ad una differenza di potenziale. Ad oggi è impiegata in vari ambiti, ma quella che ha catturato maggiore interesse è la bioanalisi, che ha portato ad un aumento delle pubblicazioni sull’argomento tra il 2010 e il 2020. La ragione della crescita, è dovuta al chiarimento dei meccanismi delle reazioni di tale tecnica, nata intorno al 1960. Questo ha reso possibile l’impiego della bioanalisi come tecnica analitica. L’emissione di ECL può avvenire tramite tre meccanismi: • rottura del legame dell’emettitore, • induzione di elettroni eccitati, • trasferimento elettronico. Quest’ultimo si può ulteriormente suddividere in una reazione di annichilazione e di coreagente. Il meccanismo di trasferimento elettronico è quello maggiormente impiegato, perché consente un migliore controllo della reazione. Gli emettitori nell’ECL possono essere di origine sia organica sia inorganica. I composti organici più usati sono il luminol, il più impiegato tra i composti organici; la lucigenina e altri composti di matrice polimerica, ma solo in specifiche condizioni per via della loro insolubilità in acqua. I principali composti inorganici sono i complessi del rutenio (II), del platino (II) e dell’iridio (III), prevalentemente il rutenio per via della solubilità e stabilità dei suoi complessi. Tra questi, quello più impiegato è il Ru(bpy)32+, il quale presenta come vantaggi una resa luminosa pari al 100% e può seguire sia il meccanismo di annichilazione sia coreagente. Gli impieghi dell’ECL sono diversi tra di loro, proprio questo è un grande vantaggio che viene sfruttato per una applicazione industriale molto varia della stessa tecnica. La tecnologia OLED (organic light emitting diode) è realizzata servendosi della capacità di produrre luce visibile dalle celle che compongono lo schermo facendo passare della corrente. I display OLED non solo sono più leggeri, ma hanno anche una qualità dell’immagine migliore, e per questa caratteristica ad oggi vengono sempre più impiegati nei televisori e negli smartphone. L’impiego analitico dell’ECL è ancora quello principale, particolarmente in ambito biologico per la diagnosi di malattie. Ad oggi varie declinazioni delle metodologie sono impiegate per la diagnosi delle tipologie di tumori più diffuse nel mondo, consentendo diagnosi più rapide e più sensibili. Durante la pandemia di Covid-19, l’ECL è stata utilizzata nell’ambito dello screening, tramite la realizzazione di test sierologici per il rilevamento degli anticorpi in individui colpiti dal coronavirus o nello studio della risposta del sistema immunitario nei soggetti vaccinati. Ad oggi l’ECL mostra delle grandi potenzialità, proprio per via dei vantaggi dal punto di vista qualitativo e quantitativo che offre, tuttavia l’impiego quasi esclusivo di derivati da metalli rari ne pregiudica un maggiore impiego per via dei costi che comporta. In questa direzione si sta muovendo la ricerca mondiale, allo scopo di rendere la tecnica sempre più economica e fruibile, non solo in laboratorio ma anche in loco.