Biosensoristica per diagnostica endocrino-metabolica

Il laboratorio di Biosensoristica per diagnostica endocrino-metabolica è coinvolto in diversi campi di ricerca, sia

sperimentali che traslazionali, con particolare riferimento alla elettroanalitica, alle nanotecnologie e alla nanomedicina, sviluppandone gli aspetti teorici, metodologici, tecnico-strumentali e applicativi al fine di:

1. realizzare prototipi di sensori e biosensori a trasduzione elettrochimica per applicazioni traslazionali in campo medico diagnostico e clinico;


2. applicare tali (bio)sensori ed altre tecniche strumentali elettrochimiche alla diagnostica clinica, con particolare riferimento alla diagnostica precoce e mini-invasiva in ambito endocrino-metabolico ed andrologico.

L’attività di ricerca può essere schematicamente riassunta nelle tematiche principali qui di seguito elencate in ordine cronologico:

• Bioelettrochimica, studi di base ed applicazioni - studio delle proprietà di trasferimento elettronico diretto e mediato di proteine redox e caratterizzazione bioelettrochimica di enzimi in relazione alle modalità di immobilizzazione (fisica e/o chimica) ed alla nanostrutturazione dell’interfaccia elettrochimica impiegata. Gli sviluppi principali hanno riguardato la realizzazione di (i) biosensori elettrochimici di seconda e terza generazione per analisi cliniche ed alimentari, (ii) prototipi di enzymatic biofuel cell per la produzione di energia e la realizzazione di biosensori self-powered in campo clinico;


• Superfici elettrodiche funzionalizzate e nanostrutturate - realizzazione ed applicazione di elettrodi modificati mediante impiego di: i) mediatori elettrochimici opportunamente legati ad edifici molecolari adatti alla modificazione di superfici elettrodiche, come monostrati autoassemblati (SAM); (ii) polimeri conduttori elettropolimerizzati; (iii) nanoparticelle, metal organic frameworks (MOF) e nanostrutture di metalli nobili elettrodepositate o sintetizzate mediante metodi e materiali eco-friendly;


• Tecniche innovative di immobilizzazione enzimatica per lo sviluppo di biosensori enzimatici – studio di procedure innovative di immobilizzazione di proteine basandosi (i) su gel polimerici dotati di gruppi funzionali reattivi in grado di aumentare la stabilità dell’immobilizzazione conservando l’ambiente idrofilo e la struttura nativa dell’enzima, (ii) su nanomateriali compositi in grado di assicurare una immobilizzazione che preservi la struttura nativa della proteina favorendo contemporaneamente un efficiente trasferimento elettronico con la superficie elettrodica per la realizzazione di trasduttori per biosensori amperometrici di seconda e terza generazione;


• Biosensori enzimatici ed immunosensori – realizzazione di biosensori basati su enzimi (biosensori enzimatici) e sull’interazione antigene-anticorpo (immunosensori) per la determinazione di analiti di interesse clinico, in particolare ormoni e loro metaboliti, ed applicazioni in matrici reali quali sangue e urine;


• Biosensori per il monitoraggio continuo e mini-invasivo di metaboliti in ambito endocrino-metabolico – realizzazione di biosensori elettrochimici enzimatici indossabili basati su array di microaghi per la determinazione mini-invasiva in continuo ed in tempo reale di metaboliti nel fluido interstiziale. Le principali applicazioni traslazionali sono state in ambito endocrino-metabolico, in particolare la determinazione in continuo del lattato, del glucosio e del beta-idrossibutirrato nel fluido interstiziale con invio del segnale wireless  da remoto, nell’ottica di uno sviluppo della medicina personalizzata e della telemedicina;


• Sensori e biosensori  point-of-care (POC) – realizzazione di sensori e biosensori miniaturizzati e portatili basati su elettrodi screen-printed opportunamente modificati per applicazioni traslazionali applicate alla diagnostica precoce in ambito endocrino-metabolico ed andrologico;


• Sensori per il monitoraggio di interferenti endocrini in fluidi biologici – realizzazione di sensori elettrochimici basati su elettrodi opportunamente modificati per la determinazione di interferenti endocrini in fluidi biologici.