MICROSISTEMI/ C’è un contaminante alimentare? Con i biosensori scoprirlo è un attimo

In occasione della 16° Conferenza Nazionale Sensori e Microsistemi IlSussidiario.net ha sentito GIOVANNA ZAPPA (Enea) e LUCIA MOSIELLO (Aisem) per scoprire i nuovi biosensori

Uva_ViteR400
Foto: Imagoeconomica

Il termine “sensore” ha un suono ancora un po’ specialistico ma le applicazioni della sensoristica sono, in effetti, diffuse in molti aspetti della nostra vita quotidiana: dall’agroalimentare, ai monitoraggi ambientali fino ai controlli per la sicurezza e la salute. All’ENEA c’è un’apposita Unità Tecnica (Utagri) impegnata in attività di ricerca e sviluppo di biosensori per la qualità e la sicurezza alimentare e promotrice, nei giorni scorsi,  della XVI Conferenza Nazionale Sensori e Microsistemi (AISEM 2011) presso la sede romana della Casaccia.
Al termine della conferenza IlSussidiario.net ha interpellato Giovanna Zappa, responsabile del Coordinamento ENEA “Qualità dei Test Chimici e Biologici” e Lucia Mosiello organizzatrice di AISEM 2011.

Quali sono le novità tecnologiche più rilevanti nel campo dei sensori e microsistemi?

Negli ultimi anni si è assistito a un rapido sviluppo di sensori e microsistemi, reso possibile dai grandi progressi ottenuti in diversi campi, quali in particolare: nanotecnologie e nanomateriali, microelettronica, elettronica molecolare, biotecnologie, ICT. Ma è stata l’integrazione tra le diverse discipline che ha consentito di indirizzare la ricerca verso nuovi traguardi di grande interesse applicativo soprattutto nei settori della salute, della sicurezza e più in generale della qualità della vita. Lo sviluppo dell’elettronica organica (semiconduttori polimerici) e in particolare la possibilità di realizzare dispositivi elettronici interamente plastici e flessibili ha aperto la strada a nuovi settori applicativi, quali ad esempio: il monitoraggio a basso costo dei parametri bio-meccanici (analisi e controllo della postura, del ritmo respiratorio, della mozione articolare); lo sviluppo di sensori tattili (“pelle artificiale”, robotica) e di transistor organici in grado di emulare le sinapsi cerebrali. I grandi avanzamenti nel settore dei materiali nanostrutturati stanno inoltre consentendo lo sviluppo di nuovi immunosensori elettrochimici monouso da impiegare per le analisi cliniche e per la sicurezza alimentare e di sensori miniaturizzati da utilizzare per il controllo delle emissioni e della qualità dell’aria.

Cosa sono i biosensori?

Un biosensore è un dispositivo analitico  in grado di convertire un’attività biologica in un segnale (elettrico, ottico o acustico) misurabile, mediante la stretta integrazione di un elemento biologico sensibile con un sistema strumentale di trasduzione, acquisizione e analisi dei dati. Questi dispositivi sfruttano le caratteristiche di specificità, affinità e reattività di molte molecole biologiche naturali (anticorpi, enzimi, DNA) o di  altri mediatori biologici, come i polimeri a stampo molecolare (recettori biomimetici) e gli aptameri (oligomeri di acidi nucleici in grado di legare selettivamente le specifiche molecole d’interesse). I principali vantaggi nell’utilizzo dei biosensori sono: elevata specificità e sensibilità, semplicità e rapidità d’uso, basso costo, velocità di risposta, minore pretrattamento del campione, piccole dimensioni e facilità di trasporto per misurazioni in situ. Inoltre i biosensori possono essere rigenerati e riutilizzati per ripetute analisi.

Quindi interessano un settore come l’agroalimentare?

Proprio per le peculiari caratteristiche appena indicate, la biosensoristica mostra un grande potenziale applicativo nel settore agroalimentare. Particolare interesse è rivolto allo sviluppo di sistemi multianalita, quali ad esempio i microarray (matrici ordinate di elementi biologici sensibili), in grado di individuare la contemporanea presenza di più sostanze chimiche o di più agenti patogeni, per applicazioni legate alla qualità e alla sicurezza dei prodotti alimentari. Questo tipo di dispositivi trova applicazione nell’analisi rapida di screening di materie prime e prodotti per l’individuazione di contaminanti e può essere utilmente impiegato anche nel riconoscimento di pattern molecolari per stabilire origine e qualità dei prodotti.

In particolare, quali sono le principali linee di ricerca ENEA sui biosensori e microarray?

ENEA è impegnata, attraverso le sue diverse Unità Tecniche, su molteplici aspetti  correlati con lo sviluppo di biosensori: sviluppo e applicazione di tecnologie di sintesi e deposizione di film sottili e di tecniche di immobilizzazione e di funzionalizzazione delle superfici; sviluppo e caratterizzazione (morfologica, strutturale e funzionale) di nanomateriali a base di carbonio; assemblaggio di nanostrutture e realizzazione di interfacce bio-inorganiche; applicazioni HPC (Calcolo ad Alte Prestazioni). Parallelamente vengono studiate le possibilità applicative in diversi settori, quali: energia, nuove tecnologie, ambiente, salute, agroalimentare. Le attività nel settore agroalimentare vengono portate avanti dall’Unità Tecnica Sviluppo Sostenibile e Innovazione del Sistema Agroindustriale (UTAGRI). Alcuni esempi riguardano lo sviluppo di biosensori per l’individuazione di contaminanti (erbicida 2,4-D) nelle acque potabili, di residui di farmaci veterinari (antibiotici β-lattamici) nel latte, di batteri in prodotti di IV gamma (insalate in busta) e di micotossine (fumonisina B1, aflatossina B1, ocratossina A) negli alimenti. In particolare le linee di ricerca portate avanti nei laboratori della Dr.ssa Lucia Mosiello riguardano attualmente lo sviluppo di immunosensori e di biosensori di affinità di nuova generazione basati su aptameri, l’impiego della tecnologia QCM (Quartz Crystal Microbalance) per la rivelazione nanogravimetrica e la realizzazione di dispositivi basati su piattaforma microarray.

Trattandosi di ambiti così delicati come l’alimentazione e la salute, cosa si può dire circa la qualità e l’affidabilità delle misure chimiche e biologiche ottenute con i sensori oggi disponibili?

La qualità e l’affidabilità delle misure è divenuta negli ultimi anni un elemento fondamentale di sviluppo e progresso tecnologico, economico e sociale. La qualità delle misure connesse con le problematiche di sicurezza riveste poi un ruolo chiave in quanto da essa dipendono le strategie di prevenzione e protezione, le azioni di vigilanza e controllo ed i conseguenti processi decisionali. Considerando che la qualità delle misure è determinata dallo sviluppo della metrologia per lo specifico settore è necessario, per garantire l’affidabilità e la comparabilità delle misure chimiche e biologiche, ed in particolare per quelle ottenute mediante sensori, rafforzare l’infrastruttura metrologica in termini soprattutto di nuovi materiali e metodi di riferimento. L’esperienza ENEA nella Metrologia per le misure chimiche e biologiche trae origine dalle attività svolte in ambito nucleare, ambito nel quale i temi della qualità e della riferibilità dei risultati di misura sono stati affrontati molto precocemente. ENEA è impegnata oltre che nello sviluppo di Metodi e Materiali di Riferimento per la qualità e la sicurezza alimentare in studi e ricerche per garantire l’affidabilità delle misure basate su biosensori e per lo sviluppo della Nanometrologia.

La disponibilità di strumenti tecnologici avanzati per il monitoraggio e la sicurezza agroalimentare è sufficientemente conosciuta e utilizzata da enti, organizzazioni e privati operanti in questo settore?

Il problema non è tanto la scarsa diffusione di strumenti tecnologicamente avanzati, quanto, come già detto, il rafforzamento della cultura Metrologica e lo sviluppo della Metrologia Applicata per le misure chimiche e biologiche. Solo rendendo disponibili adeguate procedure per la validazione dei metodi e la verifica dei dispositivi sarà infatti possibile (oltreché opportuno) diffondere efficacemente questi nuovi strumenti di misura, specificando con chiarezza ambiti e limiti di applicazione. A tal fine ENEA è impegnata nella realizzazione di un Centro Metodi e Materiali di Riferimento per la raccolta, integrazione e gestione di dati e informazioni, per il rafforzamento della cultura metrologica in chimica e biologia e per il trasferimento e la diffusione, anche attraverso interfacce web, delle conoscenze e degli strumenti operativi per le misure connesse alla qualità e sicurezza alimentare.
 

© RIPRODUZIONE RISERVATA

I commenti dei lettori