Design and development of conditioning and measurement systems for biosensors and biological matrices

Negli ultimi anni, la ricerca tecnologica ha reso possibile la progettazione di strumenti analitici accessibili, capaci di sostituire strumentazioni da laboratorio tradizionalmente costose. Questi dispositivi low-cost sono caratterizzati da adattabilità, semplicità d’uso ed economicità, offrendo misure precise e affidabili, anche in contesti con risorse limitate, ampliando le possibilità di indagine sia accademica che clinica. Questo lavoro di tesi è incentrato sullo sviluppo di strumenti per la misura di proprietà elettriche e viscoelastiche di fluidi e matrici biologiche, utilizzando sensori QCM (Quartz Crystal Microbalance) e analizzatori di impedenza, con l’obiettivo di coniugare economicità e accuratezza. La ricerca si articola in cinque capitoli principali. Nel primo capitolo viene illustrato il contesto tecnologico e scientifico del lavoro, sottolineando il ruolo degli strumenti a basso costo nel rivoluzionare le misure di laboratorio. Il secondo capitolo approfondisce le basi teoriche e applicative dei sensori QCM, esplorandone il funzionamento e le applicazioni, in particolare nel campo della biosensoristica. Il terzo capitolo descrive la progettazione e realizzazione di un sistema QCM-D telemetrico basato su microcontrollore, ottimizzato per garantire misure affidabili anche in condizioni critiche. Nel quarto capitolo, è presentato un sistema multicanale per lo studio dei biofilm batterici, sfruttando il primo e il terzo modo vibrazionale del sensore QCM. Infine, il quinto capitolo si concentra sull'implementazione di un analizzatore di impedenza per il monitoraggio di parametri ematici, come la velocità di eritrosedimentazione (VES). L'obiettivo principale della tesi è realizzare dispositivi accessibili e precisi, proponendo soluzioni che coniugano innovazione, facilità d’uso e sostenibilità economica, contribuendo significativamente alla ricerca biomedica e alle scienze sperimentali.