Sviluppo di un biosensore enzimatico stampato 3D per la determinazione del glucosio = Development of a 3D printed enzyme biosensor for glucose determination

Negli ultimi decenni, i biosensori hanno guadagnato grande attenzione nel panorama scientifico grazie alla loro alta specificità, rapidità di analisi e basso limite di rilevamento. Un numero sempre maggior di gruppi di ricerca si sta focalizzando sulla realizzazione di dispositivi in grado di automatizzare e integrare al loro interno sistemi di analisi complessi incentivando lo sviluppo di dispositivi Lab-On-A-Chip. La peculiarità della stampa 3D si manifesta nella fabbricazione di strutture tridimensionali complesse e di piccole dimensioni in un singolo step rende questa tecnologia attraente per la realizzazione di biosensori. La possibilità di miniaturizzare il dispositivo senza necessità di molti passaggi tecnologici per giungere alla struttura desiderata consente di abbassare i costi di produzione e minimizzare gli scarti. Questo vantaggio unito alle proprietà dei biosensori porta alla realizzazione di dispositivi in grado di rilevare l’analita bersaglio in modo rapido e con scarso impiego di reagenti rispetto ai sistemi tradizionali. Questo lavoro di tesi è incentrato sullo sviluppo di un biosensore enzimatico stampato 3D con tecnologia Digital Light Processing (DLP) per il rilevamento di glucosio in soluzione. Il dispositivo si basa sull’instaurarsi di una reazione a cascata catalizzata da Glucosio Ossidasi (GOx) da Aspergillus Niger e Perossidasi di Rafano (HRP) co-immobilizzate nella fluidica contenuta nel dispositivo polimerico. La GOx catalizza l’ossidazione di β-D-glucosio a D-glucono-∂-lattone con contemporanea riduzione di ossigeno molecolare a perossido di idrogeno. In presenza di perossido di idrogeno, l’HRP catalizza l’ossidazione dell’ammina aromatica 3,3’-5,5’-tetrametilbenzidina (TMB) fornendo un segnale di tipo colorimemetrico proporzionale alla concentrazione di glucosio. Obiettivi principali del lavoro sono stati la caratterizzazione e la scelta del materiale polimerico migliore per la realizzazione del dispositivo microfluidico, sia per quanto riguarda le proprietà di stampa della formulazione che la resa in termini di immobilizzazione enzimatica. Altro aspetto indagato è stato l’ottimizzazione del protocollo di co-immobilizzazione di GOx e HRP. Inoltre, è stata caratterizzata l’attività di HRP e GOx in liquido e immobilizzati sulla superficie polimerica. La formulazione migliore è risultata l’1,6-esandiolo diacrilato con 10% in peso di acido acrilico. Il dispositivo realizzato presenta un range lineare che arriva fino a 9.38 mM di glucosio con un limite di rilevamento (LOD) di 139 µM, pertanto, risulta applicabile in diversi ambiti, tra cui quello medicale per il rilevamento di glucosio nel sangue. Il biosensore è stato testato solamente con soluzioni ideali, ossia, per misurare l’analita sciolto in buffer. Lo step successivo a questo lavoro potrebbe essere quello di testare la sensibilità del biosensore con soluzioni a matrice complessa.