Il primo naso elettronico in grado di individuare i composti chirali
Nella chimica, le molecole che non possono essere sovrapposte alla propria immagine speculare vengono definite chimica («chirali»). Ogni immagine speculare prende il nome di enatiomero e, quando entrambe sono presenti, la molecola viene chiamata stereoisomero. Sebbene le molecole chirali siano considerate i principali elementi costitutivi degli organismi viventi, ogni enantiomero può interagire in modo diverso con questi ultimi: uno può essere benefico, mentre l’altro tossico. Si tratta di un aspetto importante perché le molecole chirali sono sempre più utilizzate nella produzione di alimenti, prodotti farmaceutici, profumi, cosmetici e sostanze agrochimiche. «Il 25 % di tutti i pesticidi è costituito da composti chirali con enantiomeri che assumono tra loro comportamenti notevolmente diversi. Questo impatto imprevedibile sui sistemi biologici rende le https://www.efsa.europa.eu/it/news/pesticides-food-latest-data-published (sostanze inquinanti chirali un crescente problema ambientale)», afferma Roberto Paolesse, coordinatore del progetto, (dell’Università Tor Vergata di Roma), che ha ospitato INITIO. Dato che l’analisi standard su questi composti di pesticidi non considera generalmente la chiralità, il progetto INITIO ha sviluppato sensori chimici in grado di farlo. È importante notare che, a differenza delle tecniche attualmente disponibili che si basano sullo screening in laboratorio, l’innovazione di INITIO è in grado di condurre un’analisi in tempo reale e in situ.
Sensori chimici
INITIO è stato spinto dalla necessità delle PMI agricole di avere dispositivi in grado di monitorare con efficacia i pesticidi sul campo. Il dispositivo realizzato ha beneficiato di competenze combinate provenienti dal mondo dello sviluppo dei sensori chimici, che prevedono due componenti principali: il recettore (il materiale di rilevamento) e il trasduttore di segnale (un componente elettronico). Quando il recettore interagisce con il bersaglio, le sue proprietà vengono modificate, e ciò viene registrato e tradotto dal trasduttore in un segnale leggibile. Tuttavia, i singoli sensori non sono ottimali per individuare la chiralità, dato che anziché produrre idealmente un segnale per solo uno degli enantiomeri, generalmente producono un segnale per entrambi, rendendo impossibile distinguerli. Per eludere il problema, INITIO ha creato una serie di sensori che dispongono solo di una debole sensibilità agli enantiomeri, imitando l’olfatto naturale. «Per quanto ne sappiamo, si tratta del primo “naso elettronico enantioselettivo” per il riconoscimento di entrambe le sostanze diverse e la loro natura chirale», aggiunge Paolesse.
Fasi di test
Sono stati caratterizzati diversi recettori, successivamente testati con vari trasduttori, al fine di trovare quelli che riuscivano a distinguere meglio le coppie enantiomeriche. A tal fine, il team ha combinato strutture chirali inorganiche quali le nano-eliche chirali, ai recettori organici, quali le porfirine o gli emicucurbiturili. Inoltre, è stato sviluppato un approccio più semplice per produrre strati chirali mediante metodi supramolecolari, in cui i recettori chirali si assemblano spontaneamente con i recettori non chirali, producendo film solidi in grado di riconoscere diversi enantiomeri degli analisti bersaglio. La stessa serie di sensori, basata su microbilance a cristalli di quarzo, è stata testata per la distinzione chirale nel gas. «Abbiamo migliorato l’attuale versione del naso elettronico sviluppato presso l’Università Tor vergata di Roma, fornendo fino a 12 sensori integrati, un sistema microfluidico per l’erogazione di campioni, una scheda elettronica per l’acquisizione dei dati e un software guidato dagli algoritmi aggiornato in grado di riconoscere l’identità chirale dei composti. La nostra serie di sensori ha distinto con successo gli analiti modello dalle diverse classi di composti chirali in condizioni di laboratorio», spiega Paolesse.
Monitoraggio sul campo per un controllo ambientale
Le sostanze inquinanti chirali sono una crescente preoccupazione ecologica, come evidenziato dalla presenza di inquinamento dovuto al pesticida organoclorurato nel Mar Baltico. Lo strumento di distinzione e analisi chirale di INITIO offre un mezzo per monitorare la loro interazione con l’ambiente per condurre valutazioni del rischio accurate. Secondo Paolesse, il prossimo passo consisterà nel dimostrare le prestazioni del dispositivo sul campo con un’ampia gamma di analiti e coppie enantiomeriche in liquidi, aprendo la possibilità al monitoraggio degli ambienti acquatici.
Parole chiave
INITIO, composto chirale, chimica, enantiomero, sostanza inquinante, sensori, agricolo, pesticidi
