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L'amperometria si basa su misurazioni d corrente: in modo pi specifico, viene misurata la corrente che passa attraverso due elettrodi, posti in una soluzione agitata, tra cui viene applicata una differenza di potenziale fissata, causando l'ossidazione o la riduzione dell'analita.

Le determinazioni amperometriche dipendono dalla misurazione quantitativa della corrente limite.

La ragione per la quale possibile condurre un'analisi quantitativa mediante amperometria che la corrente limite direttamente proporzionale alla concentrazione della specie che si sta ossidando o riducendo all'elettrodo di lavoro.

iL = costante x concentrazione dell'analita elettroattivo.

La costante viene determinata con il ricorso a soluzioni standard

AmperometriaAmperometriaAmperometriaAmperometria

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La corrente limite misurata nella riduzione elettrochimicadell'analita o in condizioni controllate dal punto di vistaidrodinamico, ossia in condizioni di diffusioneconvettiva, pu essere espressa come:

il = nFAmocodove m0 il coefficiente di trasporto di massa, che

dipendente dalla velocit di flusso, e co laconcentrazione di analita.

In amperometria la soluzione in movimento e lospessore dello strato di diffusione costantequindi si osserva una corrente di stato stazionarioche non dipende dal tempo.

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Le applicazioni pi importanti della amperometria siriferiscono a: Rivelazione e determinazione di composti eluiti

da una colonna cromatografica Determinazioni di routine di ossigeno, e specie di

interesse biochimico Studi di processi elettrochimici Determinazione del punto finale di titolazioni.

I metodi di titolazione si dividono in:1. Titolazioni con elettrodo polarizzabile2. Titolazioni con due elettrodi polarizzabili

(biamperometriche/bipotenziometriche).

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Rivelazione e determinazione di composti eluiti da una colonna cromatografica

Rivelazione e determinazione di composti eluiti da una colonna cromatografica

Volume di cella 0.1-1 lTra lelettrodo di lavoro di metallo o di carbone vetroso e lelettrodo di riferimento ad Ag/AgCl si applica il potenziale corrispondente alla corrente limite per la specie da analizzare

Limite di rivelabilit 10-9-10-10 M

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1) Elettrodi SCREEN PRINTED

Basso costo Semplice e facile da produrre Adattabile ad una produzione di massa

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Potentiostat - Galvanostat PG580 from Uniscan Instruments

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0.8 cm

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cm

Strumento e sensore portatili

Graphite-basedworking electrode

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AMPEROMETRIA: Elettrodo ad ossigeno.

E una cella completa.LOssigeno diffonde attraverso la membrana e si riduce al catodo di platino.Lanodo (coil) un elettrodo di riferimento Ag/AgCl.

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Biosensore amperometrico per la misura di H2O2

H2O2 si ossida allelettrodo di Pt applicando un potenziale di +0.6 V vs. Ag/AgCl: H2O2 = O2 + 2H+ + 2e-

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DEFINIZIONE DI BIOSENSOREDEFINIZIONE DI BIOSENSORE

Un biosensore un dispositivo analitico che

incorpora un elemento di riconoscimento

biologico (o di derivazione biologica) integrato ointimamente associato ad un trasduttore disegnale chimico-fisico.

Lo scopo del biosensore quello di produrre un

segnale elettronico, discreto o continuo,

proporzionale alla concentrazione di un singolo

analita o gruppo di analiti.

Daniel R. Thevenot, Klara Toth, Richard A. Durst, George S. Wilson Biosensors & Bioelectronics 16 (2001) 121131

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E previsto un ulteriore aumento di lavori data la crescente importanza delle nano- e biotecnologie

Unarea di ricerca caldaUnarea di ricerca calda

0200400600800

100012001400160018002000

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Lavori publicati

primo biosensore di Clark

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Meccanismo di un BiosensoreMeccanismo di un Biosensore

Trasduttore

Recettore

Segnale Misurable

=Analita

Soluzione

NO Segnale Misurabile

RICOGNIZIONE

NO RICOGNIZIONE

Sottile membrana selettiva

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Cosa hanno in comune?Cosa hanno in comune?

Analita/biorecettore/trasduttore/processore di segnale

Biosensore

Piccole molecole/membrana olfattiva/cellule nervose/cervello

Luce Visibile /bastoncelli e coni/ cellule nervose/cervello

Naso

Occhi

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medicaglucosio, alcool, DNA, RNA, proteine, ormoni, aspirina,paracetamolo, penicillina

bioprocessi industrialiamminoacidi, lieviti, acido lattico, etanolo, etc.

ambientalepesticidi, fertilizzanti, sostanze estrogeniche, CO, CO2

difesa/forenseantrace, ricina, agenti nervini, TNT, cocaina

Aree di ApplicazioneAree di Applicazione

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Il primo ed ancora pi Il primo ed ancora pi importante biosensore: importante biosensore: glucosioglucosio

Diabete di tipo 1: incapacit di produrre linsulina

Glucosio non pu essere convertito in glicogeno per essere conservato nel corpo

Il primo biosensore per glucosio fu realizzato da Clark nel 1960

50% della ricerca attuale nel campo dei biosensori sui sensori a glucosio

Il mercato dei test per glucosio il pi esteso

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Glucosio Acido Gluconico

Ossigeno Acqua ossigenata

Glucosio Ossidasi

Sensore per glucosio di Clark del 1960

ELETTRODO

2H+, 2e-

5.4 mM

O2 H2O2

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GENERAZIONIGENERAZIONI DI BIOSENSORIDI BIOSENSORI

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Sensori basati su mediatoriSensori basati su mediatoriSensori amperometrici indipendenti dallO2 utilizzano composti a basso peso

molecolare detti mediatori che si sostituiscono allO2 e trasportano elettroni

dal centro di ossido-riduzione degli enzimi alla superficie dellelettrodo.

Tornando alla reazione catalizzata dalla glucosio ossidasi, la riossidazione del

FADH2 viene effettuata dal mediatore secondo la reazione:

Enzima-FADH2 + Med ox Enzima-FAD + Med rid + 2 H+

il mediatore ridotto si riossida allelettrodo di lavoro:

Med rid Med ox + 2e-

La riossidazione del mediatore genera un segnale di corrente che viene

registrata da uno strumento connesso agli elettrodi. Nel caso del ferrocene il

potenziale al quale avviene lossidazione

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II GENERAZIONE DI BIOSENSORI

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More than 3333 different meters are commercially available from 1111 companies. They differ in several ways including::

Amount of blood needed for each test Testing speedAlternative siteOverall size Ability to store test results in memory Cost of the meter Cost of the test strips used