Riassunto analitico
Lo scopo della tesi è stato testare e individuare metodi per la quantificazione di livelli di Dopamina (DA) in soluzione mediante l’impiego dell’elettronica organica (OE).
La DA è un neurotrasmettitore appartenente alla famiglia delle catecolamine ed è importante nella trasmissione del segnale tra cellule e nel determinare il comportamento umano. In ambiente fisiologico, è presente in forma di catione ad una concentrazione variabile tra 25 e 40 nM, ed ha come principale interferente l’Acido Ascorbico (AA).
La quantificazione dei livelli di DA nei fluidi biologici sta suscitando un crescente interesse per via degli studi che legano l’insorgere di malattie neurodegenerative agli sbilanciamenti di questo neurotrasmettitore (es: il morbo di Parkinson è causato da una notevole riduzione del neurotrasmettitore e non dispone ancora di diagnosi definitive, se non quella post-mortem). [1]
Le tecniche più utilizzate per la quantificazione di DA sono l’elettroforesi capillare, l’HPLC, la spettrometria di massa e le analisi elettrochimiche. Il limite di questi metodi è che non possono essere utilizzati per un’analisi real time in vivo. [2]
Le caratteristiche intrinseche dell’OE la rendono una promettente candidata per fornire tecniche adatte a questo scopo, come la possibilità di creare dispositivi flessibili, miniaturizzati, biocompatibili ed impiantabili.
La prima parte del lavoro di tesi è stata focalizzata sulla scelta di materiali che permettessero una rilevazione specifica della DA. In particolare è stato scelto come elemento attivo il PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene:poly(styrene sulfonate)); questo polimero semiconduttivo consente la quantificazione specifica della DA mediante interazione selettiva π-catione.[3]
Alla luce di queste considerazioni, è stata ricreata una cella elettrochimica “on-a-chip”, proponendo un’architettura non convenzionale per la quantificazione elettrochimica di DA (largamente accettata in letteratura).
La cella elettrochimica è stata costruita ricoprendo con PEDOT:PSS dei nano elettrodi planari d’oro depositati su un supporto di quarzo, utilizzando come contro-elettrodo un filo di Platino, mentre l’elettrodo di riferimento designato è stato un microelettrodo commerciale Ag/AgCl.
Sono state registrate voltammetrie cicliche (CV) in soluzioni a concentrazioni crescenti di DA in tampone fosfato (PBS) a pH fisiologico e la minima concentrazione rilevata è stata 10 µM.
La nuova cella elettrochimica è stata testata contro l’interferente principale (AA) attraverso soluzioni in cui erano presenti concentrazioni costanti di DA e crescenti di AA in PBS. Le CV registrate presentano i picchi caratteristici della DA (EREDOX= +0.2 V [vs Ag/AgCl]). Le misure effettuate con l’elettrodo di lavoro ricoperto di PEDOT:PSS non risentono della presenza dell’interferente: utilizzando soltanto AA non sono, infatti, riscontrabili i classici picchi di ossidazione e riduzione.
Una volta dimostrata tale selettività, è stato realizzato un sensore di DA flessibile, trasparente e biocompatibile, costituito da due elettrodi di PEDOT:PSS su film di poli-di-metil-silossano (PDMS). [4]
La tecnica di misura consiste nell’applicare un’onda quadra in maniera pulsata su uno dei due elettrodi (ΔV= -0.2 V, ν= 500 Hz). La corrente risultante mostra un andamento che può essere interpolato con una funzione esponenziale e rappresenta il tempo di rilassamento (τ) caratteristico del sistema. [5]
Le misure sono state svolte a concentrazioni crescenti di DA, partendo da 25 nM, fino ad arrivare a 1 mM. I valori di τ sono stati riportati in una curva di dose che presenta un andamento di tipo esponenziale. Lo stesso procedimento è stato utilizzato per soluzioni di AA ed è stato riscontrato che le due specie presentano un diverso andamento, dovuto all’interazione selettiva del PEDOT:PSS nei confronti della DA.
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