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Scuola estiva di Biotecnologie Agro-Ambientali si interessa alla nanosensoristica

BIOSENSORI

Un biosensore è uno strumento analitico che combina elementi di bio-riconoscimento e propietà fisiche di trasduzione del segnale per l’identificazione di molecole target. Attualmente i biosensori enzimatici sono stati oggetto di grande interesse della comunità poiché garantiscono una elevata selettività con il substrato e presentano una buona stabilità chimica (Guilbault et al., 2004). Questi sensori utilizzano l’interazione di substrato di un enzima per rivelarne la concentrazione: la risposta ad un aumento del substrato è infatti determinata dalla concentrazione del prodotto (P) della reazione enzimatica sulla superficie del sensore. Per quanto detto sopra, l’immobilizzazioni di enzimi è uno stadio fondamentale dello sviluppo di un biosensore poichè permette di risolvere alcuni problemi come la perdita di enzima (specialmente se costoso) e allunga la shelf-life del biosensore permettendo al tempo stesso di realizzare dispositivi  che possono essere impiegati sia in fasi stazionarie che in matrici biologiche fluide.

In generale i sensori, in quanto interfaccia tra l’ambiente esterno e i sistemi di elaborazione e gestione, hanno un profondo impatto su prodotti di larga diffusione: sono ad esempio un elemento essenziale per il controllo e la diagnostica in settori come la medicina, l’automazione industriale, le telecomunicazioni, l’ambiente, l’agricoltura. Le applicazioni biosensoristiche spaziano in campi molto diversi: dal settore ambientale (con biosensori in grado di monitorare inquinamenti ambientali), al settore agro-alimentare (con sensori per la valutazione della qualità dei cibi, o per la ricerca di OGM), al settore industriale (con sensori posizionati all’interno delle linee di produzione in grado di valutare il raggiungimento di obiettivi specifici), al settore bio-medicale (con sensori diagnostici in grado di evidenziare malattie e/o predisposizioni genetiche in tempi brevi e a basso costo). I biosensori stanno assumendo negli ultimi anni un sempre crescente interesse di mercato, grazie ad alcuni loro aspetti caratterizzanti quali:

  • la facilità di utilizzo: generalmente i campioni non necessitano di particolari preparazioni prima delle analisi e ciò rende possibile le misurazioni direttamente su cibo, sangue, acqua inquinata, ecc
  • i tempi di risposta sono ridotti e le dimensioni degli strumenti sono compatte la sicurezza dell’operatore è garantita, in quanto non necessitano di radioisotopi o marcatori
  • i costi, rispetto ai metodi di analisi tradizionali, sono molto più contenuti non necessitano di personale tecnico specializzato

I sensori possono essere classificati in base al loro principio di funzionamento oppure al tipo di segnale in uscita, ma più comunemente vengono classificati in base al tipo di grandezza fisica che misurano, esempio:

•        sensori di luce (o sensori ottici): fotocellule, fotodiodi, fototransistor, tubi fotoelettrici, CCD, radiometri di Nichols, fotomoltiplicatori.

•        sensori di suono: microfoni, idrofoni.

•        sensori di accelerazione: accelerometri, sensori sismici.

•        sensori di temperatura: termometri, termocoppie, resistori sensibili alla temperatura, termistori, termometri bimetallici e termostati.

•        sensori di calore: bolometri,

•        sensori di radiazione: contatori Geiger, dosimetri.

•        sensori di particelle subatomiche: scintillometri, camere a nebbia, camere a bolle, camere di ionizzazione.

•        sensori di resistenza elettrica: ohmmetri, multimetri.

•        sensori di corrente elettrica: galvanometri, amperometri.

•        sensori di tensione elettrica: elettroscopio, voltmetri.

•        sensori di potenza elettrica: wattmetri.

•        sensori di magnetismo: bussole magnetiche, bussole flux gate, magnetometri.

•        sensori di pressione: barometri, barografi, misuratori di pressione, altimetri, variometri.

•        sensori di gas e flusso di liquidi: anemometri, flussimetri, gasometri, pluviometri, indicatori di velocità dell’aria.

•        sensori di movimento: radar, velocimetri, tachimetri, odometri.

•        sensori di orientamento: giroscopi, orizzonte artificiale, giroscopi laser, sensori di posizione, sensore di rotazione.

•        sensori di forza: celle di carico, estensimetri.

•        sensori di prossimità: interruttori, prossimity ottici (un tipo di sensori di distanza che rilevano solo una prossimità specifica, sono realizzati da una combinazione di fotocellula e LED o con un laser. Trovano applicazione nei telefoni cellulari, nei rilevatori di carta delle fotocopiatrici, sistemi di spegnimento o standby automatico nei portatili e in altre apparecchiature).

•        sensori di distanza: sensori ottici (una combinazione di fotocellula e LED o un laser. Usati principalmente nelle macchine fotografiche con autofocus, nei binocoli sofisticati e nella robotica).

•        sensori biometrici: rilevano una caratteristica di una zona del corpo umano (conformazione della retina o i potenziali elettrici del polpastrello del dito della mano).

•        sensori chimici: es. biosensori che si basano su organismi o componenti d’organismi viventi (molti tipi di microorganismi, tessuti, ormoni, anticorpi, enzimi, …).

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