Development of nanoparticle based technologies for food safety

La nanoscienza e la nanotecnologia sono aree altamente promettenti e rapidamente emergenti per la ricerca e l'innovazione industriale. A causa delle notevoli proprietà fisico-chimiche dei nanomateriali prodotti, sono state recentemente sviluppate diverse applicazioni promettenti nelle aree dell'agricoltura e della produzione alimentare. Recentemente, è stato sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare nanoparticelle superparamagnetiche. Queste nanoparticelle consistono di maghemite stechiometrica, γ-Fe2O3, con proprietà spettroscopiche uniche e struttura cristallina ben definita, e sono state chiamate surface active maghemite nanoparticles (SAMN). Formano sospensioni colloidali stabili in acqua senza alcun rivestimento organico o inorganico per impedire la loro aggregazione. Allo stesso tempo, sono in grado di legare in modo specifico e reversibile molecole organiche, portando a materiali colloidali compositi, che possono essere sfruttati per applicazioni biotecnologiche. Negli ultimi anni la nanotecnologia è stata combinata con varie tecniche di rilevamento per sviluppare i cosiddetti "nano-sensori". Diverse applicazioni promettenti sono state recentemente sviluppate nei settori dell'agricoltura e della produzione alimentare, con la capacità di influenzare sia l'industria alimentare che i consumatori. Questi sensori possono essere un'alternativa efficace ai metodi tradizionali per la rilevazione di tossine e patogeni negli alimenti. Il rilevamento elettrochimico è un metodo popolare che coinvolge sensori basati su nanomateriali con applicazioni nell'industria alimentare. Le SAMN mostrano notevoli proprietà elettrocatalitiche e sono stati utilizzati per lo sviluppo di elettrodi e biosensori. In questa tesi vengono presentati un insieme di diversi ibridi che includono SAMN e vengono riportate le caratteristiche elettrochimiche degli ibridi. Risultati L'acido tannico (TA), quantum dots di carbonio (Q-CD) e il cromo esavalente (CrVI) sono stati immobilizzati con successo sulla superficie del SAMN. SAMN@TA è stato caratterizzato mediante spettroscopia di impedenza elettrica, voltammetria e cronoamperometria. L'interfaccia di tannato ferrico nanostrutturata mostrava conduttività migliorata e attività elettrocatalitica selettiva verso l'ossidazione dei polifenoli. Un elettrodo di pasta di carbone modificato con SAMN@TA è stato utilizzato per la determinazione dei polifenoli negli estratti di mirtillo mediante voltammetria. Q-CD@SAMN ha rivelato un comportamento elettrocatalitico specifico verso l'ossidazione dei fenoli e il sistema è stato applicato per sviluppare un sensore per la determinazione coulometrica dei polifenoli dagli estratti vegetali. che mostrava proprietà elettrocatalitiche peculiari attribuibili all'influenza delle forti interazioni elettrostatiche esercitate dai Q-CD sulla superficie del SAMN. Il sensore è composto da un semplice elettrodo di pasta di carbone in una cella a flusso elettrochimico di piccolo volume (1 μL), ed è utilizzato per l'elettro-ossidazione diretta completa di polifenoli da estratti vegetali. Infine, i SAMN sono stati applicati con successo per rimuovere CrVI dall'acqua. L'ibrido SAMN@CrVI è stato utilizzato per immobilizzare l'ammina ossidasi del siero bovino (BSAO) e questo complesso era elettrochimico ha mostrato buone prestazioni per il rilevamento di H2O2. SAMN@CrVI-BSAO è stato applicato per lo sviluppo di un biosensore in poliammide, che è stato sfruttato con successo per la discriminazione dei tessuti tumorali e sani ottenuti da estratti di fegato. Conclusioni Le strategie di sensing basate sui SAMN offrono vantaggi unici rispetto ad altre tecniche. Sono prodotti con una procedura a basso costo, sono fisicamente e chimicamente stabili, biocompatibili e sicuri per l'ambiente. In questa tesi, i SAMN sono stati utilizzati per preparare tre diversi ibridi e sono stati applicati con successo per la costruzione di tre diversi sensori elettrochimici, mostrando buone prestazioni e applicati con successo a campioni reali.