Riassunto analitico
I cannabinoidi sono composti terpenofenolici di grande interesse a causa delle loro importanti caratteristiche farmacologiche. Possono essere classificati in tre gruppi principali: endocannabinoidi, fitocannabinoidi e cannabinoidi sintetici. Tra i fitocannabinoidi il più conosciuto per le sue proprietà psicotrope è il trans-Δ9-tetraidrocannabinolo (THC),l'altro è il cannabidiolo (CBD), che pur non avendo proprietà psicotrope presenta comunque caratteristiche neuroprotettive, anti-infiammatorie e analgesiche. Un altro fitocannabinoide di interesse è il cannabinolo (CBN), metabolita non psicotropo del THC. È ritenuto che le capacità terapeutiche della marijuana siano quindi dovute al rapporto tra le concentrazioni di CBD e THC. La determinazione dei cannabinoidi nei campioni reali è normata tramite l'uso di tecniche cromatografiche; tuttavia l'ingombro della strumentazione, la laboriosa preparazione del campionee il lungo tempo di analisi non ne consentono l’utilizzo in situ. Di recente, i sensori elettrochimici hanno ricevuto attenzioni in quanto possibili alternative alle tecniche cromatografiche come tecniche di screening veloce grazie alla loro economicità, maneggevolezza e possibilità di miniaturizzazione. THC, CBD e CBN sono elettroattivi a causa dell'ossidazione irreversibile del gruppo fenolico, quindi si prestano bene ad analisi elettrochimiche. Questo lavoro di tesi, quindi, è stato concentrato sullo sviluppo di un sensore che sfrutti l’elettroattività dei cannabinoidi per analisi qualitative e quantitative. Come materiale elettrodico è stato scelto il poli-(3,4-etilendiossitiofene ) (PEDOT) preparato in due modi differenti: il primo disperso all’interno di una matrice SonogelCarbon (SNGC), materiale grafitico basato sulla silice; il secondo sotto forma di screen printed electrode (SPE). Gli elettrodi in SNGC hanno mostrato delle prestazioni migliori rispetto agli elettrodi usati comunemente (Glassy Carbon e Carbon Black), e di altri elettrodi sperimentali, contenenti nanoparticelle di oro, mentre gli SPE sono utili visto il loro basso costo dato dalla produzione in serie, il piccolo volume di soluzione necessaria, e la loro natura usa e getta. La sensibilità, il LOD e il LOQ, sia per gli elettrodi combinati SNGC-PEDOT che per i SPE-PEDOT sono comparabili a quelli di altri sensori elettrochimici, ma l'ulteriore possibilità del semplice rinnovo della superficie elettrodica per il primo, e la natura monouso del secondo costituiscono tratti preziosi dei sensori proposti. La capacità di riconoscere miscele di CBD e THC è stata esplorata tramite l'utilizzo della chemiometria. Il primo esperimento eseguito è stato una semplice PCA con gli elettrodi SNGC-PEDOT, su una serie limitata di campioni, questo per appurare la capacità discriminatoria del sensore. Una volta verificata la possibilità di poter distinguere soluzioni contenenti CBD da soluzioni contenti THC, si è effettuato un altro esperimento, questa volta con gli SPE-PEDOT, per i quali CBD e THC presentano potenziali di ossidazione maggiormente diversi rispetto ai SNGC-PEDOT, su un maggior numero e una maggior varietà di campioni, sui quali poi è stata effettuata una classificazione (PLS-DA) per verificare se tramite il sensore si possa costruire un sistema in grado di classificare un campione sconosciuto in una delle categorie su cui è stato allenato (processo alla base di naso, lingua, e occhio elettronici). Basandosi sui risultati sperimentali ottenuti, entrambi i metodi sono stati ritenuti adatti alla determinazione di questi cannabinoidi.
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Abstract
Cannabinoids are terpenophenolic compounds of great interest due to their important pharmacological characteristics. They can be divided in three main groups: endocannabinoids, fitocannabinoids and synthetic cannabinoids. Amongst fitocannabinoids, the best known for its psychotropic properties is trans-Δ9-tetraidrocannabinolo (THC) and cannabidiol (CBD) is known for its neuroprotective, anti-inflammatory and analgesic characteristics. Another fitocannabinoid of interest is cannabinol (CBN), which is a non-psychotropic THC metabolite. It is thought that the therapeutic abilities of marijuana are due to the ratio between CBD and THC concentrations, which also determines the limit between the products defined cannabis light and illegal drugs. The determination of cannabinoids in real samples is regulated with the use of chromatographic techniques; however, the size of the instrumentation, the consuming sample preparation and the long analysis time don’t allow for its use in in situ analysis. Recently, electrochemical sensors have received considerable interest as possible alternatives to chromatographic techniques for a fast cannabinoid screening, thanks to their low cost, handiness and miniaturization possibility. THC, CBD and CBN are electroactive due to the irreversible oxidation of the phenolic group, so they are good candidates for electrochemical analysis. This work was then focused on the development of a sensor exploiting the electroactivity of cannabinoids to perform qualitative and quantitative analysis. Two sensors have been studied, both with the same sensing element: a conducting polimer, poli-(3,4-etilendiossitiofene) (PEDOT). The first electrode was prepared dispersing PEDOT in a SonogelCarmon (SNGC) matrix, (the electrode was denominated SNGC-PEDOT), the second electrode is a screen printed electrode (SPE) consisting of a thin PEDOT film (the electrode was denominated SPE-PEDOT). The sensitivity, the limit of detection and the limit of quantification, for both SNGC-PEDOT and SPE-PEDOT are comparable to those of other electrochemical sensors used to determine cannabinoids, but the further possibility of an easy surface renovation for SNGC-PEDOT and the disposable nature for SPE-PEDOT represent precious features of the proposed sensors. The sensors’ ability to recognize CBD and THC mixes has been explored with the use of chemometrics. The first experiment was a simple PCA on the signals gathered with SNGC-PEDOT on a limited number of samples, to assess the discriminatory ability of the sensor. After the possibility of distinguishing solutions containing CBD and THC was verified, another experiment was conducted using SPE-PEDOT, for which CBD and THC have more different oxidation potentials with respect to the ones for SNGC-PEDOT, on a greater number and variety of samples with different CBD and THC content. On all the obtained signals a classification (PLS-DA) was executed to assess the ability of the sensor to classify an unknown sample as belonging to one of the categories on which it was trained (process on which electronic noses, tongues and eyes are based). Based on the obtained experimental results, both electrodes have been considered fit for cannabinoid determination.
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