Novel nanostructures for biosensing and drug delivery

Le nanotecnologie sono descrivibili come lo studio della manipolazione della materia con precisione atomica e molecolare, generalmente circoscrivibile a strutture di dimensione compresa tra 1 e 100 nanometri. Questo settore ਠmolto vario e spazia dall'estensione della fisica convenzionale applicata all'ideazione di nuovi approcci basati sull'auto-assemblamento di molecole. Per questo motivo le nanotecnologie sono in continuo ampliamento e possono vantare applicazioni nei pi๠svariati settori, come la medicina, lo sviluppo di nuovi biomateriali e l'elettronica. In questo lavoro di tesi riporterಠdegli esempi di come le nanotecnologie siano state impiegate nella progettazione di sistemi innovativi per la rilevazione di biomolecole o per il rilascio controllato di farmaci. La principale parte del lavoro svolto concerne la realizzazione di un biosensore basato sull'impiego di nanotubi di carbonio, per il rilevamento della palitossina. La nascita del progetto deriva dalla diffusione di un particolare tipo di microalga nel Mediterraneo e nelle coste italiane, comprese quelle del Friuli-Venezia-Giulia, produttrice di palitossina duranti i periodi di fioritura. Questa tossina marina ਠcaratterizzata da una forte tossicità  e ha infatti registrato numerosi casi di ricovero ospedaliero in bagnanti esposti all'aerosol contaminato durante attività  ricreative balneari. Dal momento che il biosensore ਠconcepito per raggiungere la massima sensibilità  possibile, immunochimica ed elettrochemiluminescenza sono state combinate in un sistema ibrido che soddisfacesse questo requisito: la capacità  unica degli anticorpi di legare specificamente il loro antigene, insieme all'eccellente sensibilità  ottenibile dai trasduttori basati sul rilevamento della luminescenza, rappresenta il punto chiave per poter rilevare quantità  di analita nel range del picogrammo. Al fine di ottimizzare riconoscimento tra anticorpo e antigene e segnale di risposta del biosensore, occorre avere a disposizione un elemento che predisponga al meglio la comunicazione tra elementi biologici e componenti elettrochimiche del sistema. I nanotubi di carbonio sono ottimi candidati per questo scopo, in virt๠delle loro peculiari caratteristiche, come l'alto rapporto area superficiale-peso e la versatilità  nella funzionalizzazione, che li rendono particolarmente adatti per il legame con bio-macromolecole, come gli anticorpi. I nanotubi di carbonio sono stati funzionalizzati per predisporre al meglio il legame con l'anticorpo anti-palitossina e successivamente sono stati legati covalentemente a un elettrodo di ITO. Un immuno-sandwich ਠstato costruito sull'elettrodo aggiungendo la tossina, seguita da un anticorpo secondario legato a un'etichetta fosforescente. Il fluoroforo ਠstato eccitato indirettamente tramite l'applicazione di uno specifico potenziale all'elettrodo al fine di ottenere l'emissione di luce. Dal momento che la luminescenza ottenuta ਠproporzionale alla quantità  di tossina riconosciuta dall'anticorpo, la rilevazione quantitativa della palitossina ਠpossibile tramite la costruzione di una retta di calibrazione. La seconda parte del lavoro ਠriportata nell'ultima sezione della tesi e riguarda la realizzazione di matrici di silicio poroso (PSi) per il rilascio controllato di farmaci. L'idea ਠquella si sfruttare le proprietà  peculiari di questo materiale, come la vasta area superficiale, la biocompatibilità  e la possibilità  di essere monitorato in-vivo, per il trasporto di farmaci all'interno del corpo umano. Inoltre, il PSi presenta una particolare cinetica dissolutiva in condizioni fisiologiche simulate, proporzionale alla basicità  della soluzione tampone. Questa caratteristica aggiuntiva ਠdi grande interesse per il trasporto di quei farmaci che, facilmente solubili a pH gastrico, risultano poco assorbiti a livello intestinale. Campioni di silicio poroso con diverse porosità  sono stati fabbricati attraverso un processo elettrochimico, funzionalizzati e dissolti in diversi tamponi fisiologici, al fine di identificare il candidato migliore per le prove di caricamento del farmaco. Il caricamento del principio attivo ਠavvenuto attraverso l'impiego della CO2 supercritica e le matrici sono state infine caratterizzate tramite calorimetria differenziale a scansione. Entrambi i nano-sistemi investigati hanno prodotto risultati interessanti, specialmente dal punto di vista della riproducibilità  e dell'attendibilità  dei dati.