Riassunto analitico
La produzione alimentare risente di enormi sprechi dovuti ad una errata conservazione a livello della catena del freddo e della distribuzione. Sono attualmente in fase di ricerca e sviluppo sensori in grado di rilevare tipici prodotti di degradazione degli alimenti, basati principalmente su rilevazione di variazioni di pH, temperatura e presenza di composti organici volatili (VOCs), ammine biogene, CO2 e O2. Tra i bio e chemo-sensori emergenti troviamo senza dubbio i transistor basati su semiconduttori organici detti EGOT (electrolyte-gated organic transistor), che presentano evidenti punti di forza come la possibilità di essere realizzati con materiali flessibili, il basso consumo di energia, ottime performance come sensori e il carattere label-free della risposta del sensore. L’obiettivo di questo progetto di tesi è quindi lo sviluppo di un nuovo prototipo di sensore EGOT, basato sull’architettura OECT (organic electrochemical transistor), in grado di rilevare la presenza di ammine biogene, marcatori della degradazione di vari alimenti. Gli OECT sono dispositivi a tre elettrodi, due dei quali detti source e drain sono connessi tra loro tramite PEDOT:PSS (poli(3,4-etilendiossitiofene) polistirene solfonato), un polimero in grado di condurre buche composto da una miscela di ionomeri, il quale viene coperto con una goccia di elettrolita, in contatto con un terzo elettrodo, detto di gate. Applicando una differenza di voltaggio tra source e drain, si genera una corrente di buche che può essere modulata dal gate tramite l’accoppiamento dei doppi starti elettrici che vengono a formarsi nell’elettrolita in seguito all’applicazione di un secondo voltaggio al gate stesso. Il dispositivo è stato realizzato tramite drop-casting di una soluzione di PEDOT:PSS su un device di vetro con elettrodi interdigitati (source e drain), utilizzando poi come gate un elettrodo d’oro e come elettrolita una goccia di PBS. Per realizzare un sensore per le ammine biogene, in particolare etilen-diammina (EDA) e tiramina (TYR), abbiamo sfruttato le due interfacce principali degli OECT dove si formano i doppi stati elettrici, ossia l’interfaccia gate/elettrolita e l’interfaccia elettrolita/PEDOT:PSS. È stata precedentemente dimostrata la capacità del PEDOT:PSS di formare legami deboli (idrogeno e elettrostatici) con le ammine cariche a pH 7, come EDA e TYR, quindi si suppone un’ interazione tra il polimero e gli analiti. Inoltre, abbiamo funzionalizzato tramite elettrodeposizione il gate d’oro dell’OECT con dei monostrati tiolati con COOH, OH o NH2 come gruppo terminale, per indurre una selettività basata su interazioni elettrostatiche con il gate. Dai risultati ottenuti, abbiamo osservato come due fattori siano determinanti nel processo di sensing: il pH e la concentrazione dell’analita. Infatti, EDA ha un effetto alcalinizzante sulla soluzione, che induce una diminuzione della corrente nel canale, per concentrazioni maggiori o uguali a 100 µM in PBS 50 mM. Nel sensing della tiramina, si osserva un aumento di corrente e poi un calo a concentrazioni attorno a 10 µM, la cui entità è influenzata anche dal tipo di SAM presente sul gate e a processi di elettrodeposizione. I prototipi di chemosensori OECT si sono quindi rilevati un ottimo strumento per la rilevazione di ammine, costituendo un primo passo per la realizzazione di sensori da testare con matrici più complesse, come i campioni provenienti da alimenti.
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