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UNITA' DI RICERCA
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Bibliografia
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Programma di ricerca
Sistemi innovativi basati su un array di sensori di gas per il monitoraggio di biomarker a fini diagnosticiUniversità di riferimento
Università di PISA - CHIMICA E CHIMICA INDUSTRIALE - PISA(PI)Responsabile dell'Unità di ricerca
Alessio CECCARINIDescrizione
2.5 Descrizione del programma e dei compiti dell'Unità di RicercaL'obiettivo generale del progetto è lo sviluppo di un sistema multisensore validato per la misura di composti chimici nell'espirato umano di particolare rilievo per la diagnosi di alcune patologie.
Nell'ambito di questo obiettivo generale l'attività di questa unità operativa sarà rivolta principalmente ai seguenti aspetti:
WP1: implementazione di metodologie analitiche per la caratterizzazione chimica dell'espirato umano opportunamente validate mediante l'impiego di campioni sintetici a concentrazione nota. Tale attività sarà inizialmente orientata alla determinazione di acetone (diabete), etano pentano (stress ossidativi) e solfuro di carbonile (cancro al polmone) in campioni di espirato.
WP2: collaborazione con l'Unità Operativa della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Messina alla realizzazione ed ottimizzazione del sistema multisensore.
WP3: collaborazione con l'Unità Operativa della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Pisa alla progettazione e realizzazione del sistema multisensore;
WP3: validazione del sistema multisensore nella sua versione prototipale mediante analisi di campioni sintetici e campioni reali.
WP1. Implementazione di metodologie analitiche
Particolare attenzione sarà posta allo sviluppo di metodologie di prelievo, trattamento ed analisi strumentale di campioni di espirato, provenienti da soggetti volontari.
La base di partenza consisterà in una valutazione comparativa delle prestazioni di tecniche e strumentazioni già note per l'analisi di composti organici volatili in aria. Verranno individuati quei sistemi di campionamento che permettano la massima flessibilità in termini di fattore di arricchimento necessario per la determinazione delle molecole di interesse. L'analisi strumentale sarà basata sull'impiego di tecniche gas-cromatografiche interfacciate con la spettrometria di massa, indispensabile nella separazione di miscele complesse e nella caratterizzazione chimica di molecole.
Poiché le concentrazioni delle molecole in esame sono generalmente al di sotto dei limiti di rivelabilità delle tecniche gascromatografiche occorre individuare procedure di preconcentrazione idonee; a tale proposito si intende confrontare due procedure precedentemente descritte nella caratterizzazione di miscele gassose: la tecnica SPME e l'intrappolamento su cartucce di carbone attivo da sottoporre a desorbimento termico.
Nel caso della tecnica SPME i parametri sperimentali considerati nell'ottimizzazione della procedura saranno il tempo di estrazione e la temperatura del campione durante l'esposizione della fibra.
Per entrambe le tecniche di preconcentrazione sarà valutata l'eventuale interferenza dell'umidità sul corretto funzionamento del solido adsorbente.
Nella prima fase di questo lavoro, al fine di ottimizzare i paramentri sperimentali di campionamento e permettere il confronto delle due tecniche di preconcentrazione sopra descritte, saranno raccolti campioni di espirato utilizzando di sacche di materiale plastico del volume di 10-30 litri. Parte dell'espirato raccolto sarà quindi pompato attraverso le cartucce impaccate e parte sarà utilizzato per l'esposizione delle fibre SPME.
L'utilizzo di sacche di campionamento permetterà, durante la fase di sperimentazione dei sensori, di effettuare aggiunte standard degli analiti a campioni di espirato in modo da permettere la correlazione tra il segnale generato dallo strumento di misura con la concentrazione. In particolare si farà uso di composti marcati.
Oltre a confermare la presenza dei marker attesi e definirne gli intervalli di concentrazione, una caratterizzazione più generale dell'espirato umano fornirà utili informazioni sull'eventuale presenza di altre molecole che, pur essendo normalmente presenti nell'espirato, possono rappresentare potenziali interferenti per il corretto funzionamento dei sensori.
WP2: Realizzazione del sistema multisensore.
La presente Unità Operativa collaborerà con l'Unità Operativa della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Messina alla realizzazione ed ottimizzazione di un sistema multisensore in grado di identificare e quantificare i composti organici precedentemente elencati (WP1).
WP3. Progettazione e realizzazione del sistema di raccolta dei campioni ed esposizione dei sensori
La presente Unità Operativa collaborerà con l'Unità Operativa della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Pisa alla progettazione e realizzazione del prototipo del sistema di analisi dell'espirato.
Il sistema di raccolta ed analisi dei campioni di espirato sarà costituito da due componenti principali. La prima ha il compito di selezionare l'espirato campionato inviando al sistema di misura soltanto l'aria alveolare. La seconda componente ha il compito di alloggiare i sensori e favorire la massima esposizione di questi al flusso di espirato. Il sistema di campionamento sarà dotato di un sensore per la misura della concentrazione di CO2 nell'espirato che permetterà all'elettronica di decidere la porzione di espirato da inviare nella camera di esposizione dei sensori.
Inoltre sarà realizzata un' interfaccia basata su membrane per la rimozione dell'umidità presente nell'espirato e l'eventuale arricchimento selettivo degli analiti di interesse.
WP4. Validazione del sistema multisensore nella sua versione prototipale
La validazione del sistema multisensore consisterà nell'esporre i sensori a miscele gassose di composizione nota per la valutazione dei parametri propri di un sistema di misura quali: precisione, accuratezza, intervallo dinamico di risposta dei sensori, limite di rivelabilità, selettività. Il sistema sarà poi applicato all'analisi di campioni di espirato reali confrontando i risultati forniti con quelli ottenuti mediante l'analisi gascromatografica. Queste misure permetteranno di valutare la stabilità della risposta di sensori al variare della composizione dell'espirato.
L'utilizzo di sacche di campionamento permetterà, durante la fase di sperimentazione dei sensori, di effettuare aggiunte standard degli analiti a campioni di espirato in modo da permettere la correlazione tra il segnale generato dallo strumento di misura con la concentrazione. In particolare si farà uso di composti marcati.
Si prevede che l'Unità Operativa sarà impegnata nelle attività suddette secondo il seguente prospetto:
