Sviluppo di biosensori reagentless basati sull'enzima fosfatasi alcalina

Negli ultimi anni i biosensori enzimatici sono diventati sempre più popolari nel campo delle determinazioni rapide di analiti di interesse industriale ed ambientale. L’utilizzo di tali biosensori consente di evitare, o comunque limitare, l’impiego di metodi analitici basati su tecniche più complesse e dispendiose in termini economici e temporali. Un grande obbiettivo della ricerca negli ultimi anni è quello di costruire biosensori reagentless, ossia dispositivi pronti all’uso da parte degli analisti, indipendentemente dalla loro esperienza. In questo lavoro di tesi sono stati sviluppati dei biosensori amperometrici reagentless che sfruttano l’enzima fosfatasi alcalina (ALP), come elemento di riconoscimento biologico, ed un elettrodo screen-printed (SPE) commerciale, come trasduttore. Per gli elettrodi SPE commerciali sono stati testati modificanti a base di nanomateriali carboniosi e del polimero conduttore PEDOT:ClO4. Sono inoltre stati messi a punto diversi biosensori costruiti utilizzando sia l’enzima ALP immobilizzato che lo stesso enzima in soluzione. I test sono stati eseguiti utilizzando il substrato enzimatico “ascorbil-fosfato di sodio (AAP)” ed alcuni inibitori enzimatici. I dispositivi reagentless sono stati fabbricati mediante stampa 3D e sono stati realizzati appositamente per gli elettrodi SPE commerciali utilizzati. Tali dispositivi sono stati utilizzati per effettuare la determinazione dell’AAP in campo cosmetico e la determinazione dell’enzima ALP in campo alimentare.

Metodi di pirolisi analitica per la determinazione di microplastiche di polistirene in tessuti biologici

Nel presente lavoro di tesi sono presentati i primi risultati di un nuovo metodo basato sulla pirolisi analitica off-line per l’analisi quali-quantitativa di microplastiche di polistirene in tessuti biologici. I prodotti di pirolisi sono stati intrappolati testando due tecniche di campionamento, estrazione in fase solida (SPE) tramite cartucce adsorbenti e microestrazione in fase solida (SPME) tramite fibra adsorbente, per essere analizzati in gas cromatografia-spettrometria di massa. È stato testato un protocollo di pretrattamento della matrice biologica (digestione alcalina) ed estrazione con toluene prima di applicare la pirolisi analitica. Il pretrattamento della matrice biologica ha portato a dei buoni risultati garantendo un efficiente digestione dei tessuti biologici (> 97%). L’utilizzo del toluene come solvente di estrazione, ha permesso la separazione del polistirene dalla matrice biologica che poteva interferire nelle analisi. La pirolisi del polistirene genera cromatogrammi caratterizzati dalla presenza dello stirene come prodotto principale di degradazione. L’analisi quantitativa è stata condotta utilizzando il metodo dello standard interno e l’area del picco cromatografico dello stirene. Sono state determinate le principali caratteristiche delle tecniche SPE e SPME: precisione, linearità e recuperi. La tecnica SPE, presentando dei recuperi ed un grado di precisione più accettabili, è stata applicata a campioni di tessuti biologici provenienti da esperimenti in vivo di mitili esposti a basse concentrazioni di PS. I risultati delle analisi indicano la presenza di PS nei tessuti dei mitili a livelli del ug/g. Il metodo sviluppato presenta dati promettenti e potenzialità per monitorare l’inquinamento da PS nei tessuti biologici, tuttavia anche dei limiti che richiedono ulteriori indagini e miglioramenti in studi futuri.

Adsorbimento dinamico di CO2 in compositi innovativi a base geopolimerica

Fra le alternative proposte per la riduzione delle emissioni di CO2, le tecniche di Carbon Capture si presentano come un’efficace soluzione per il breve e medio termine. Fra queste, l’adsorbimento su fase solida per la rimozione di CO2 da correnti gassose si prospetta come una valida alternativa rispetto al convenzionale assorbimento ad umido. Questo lavoro di tesi si è occupato della sintesi di un composito a base geopolimerica presso l’ISTEC/CNR di Faenza, da impiegare per l’adsorbimento di CO2 a bassa temperatura, e dell’analisi del suo comportamento in regime di adsorbimento dinamico. Tale materiale è stato sintetizzato tramite attivazione con soluzione alcalina di metacaolino 1200S addizionato con polveri di zeolite Na13X. Esso costituisce una opzione interessante per la cattura di CO2, mostrando capacità di adsorbimento superiori a 1 mmol/g per concentrazioni di CO2 del 14% (a pressione atmosferica), simili a quelle presenti in molti processi industriali. Le prestazioni in regime dinamico risultano inoltre simili a quelle registrate nel regime statico. Le prove sperimentali hanno evidenziato la criticità della rigenerazione del materiale, in particolare riguardo all’eliminazione dell’acqua. Una temperatura di 130°C si mostra adatta per ottenere un’elevata rigenerazione del materiale, con rimozione sia di CO2 che dell’umidità adsorbita. Dalle prove svolte è risultato evidente come non sia conveniente operare con desorbimenti a temperatura ambiente e pressione atmosferica, ma sia necessario operare combinando swing di pressione e temperatura. È stato inoltre valutato l’effetto di una più bassa temperatura di adsorbimento (2°C), che porta ad un aumento della capacità del materiale. Sviluppi futuri in questo campo potrebbero essere la produzione di monoliti geopolimerici a porosità strutturate tramite tecniche innovative quali il freeze-casting e l’utilizzo di compositi integrati con additivi che ne migliorino le performance in termini di conducibilità termica.