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Single protein nanobiosensor grid array

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Sviluppo di un biosensore per lo screening olfattivo

Per trasferire e immobilizzare i recettori olfattivi su biosensori, nell'ambito del progetto SPOT-NOSED sono stati preparati e caratterizzati minuscoli nanosomi lipidici da frazioni di membrana plasmica di cellule della fermentazione.

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In virtù dei loro indubbi vantaggi, tra cui la solidità, la portatilità e i limitati costi di produzione, i biosensori sono considerati alternative promettenti ai dispositivi analitici convenzionali. I recenti progressi nella biotecnologia e nella nanotecnologia hanno aperto nuove strade per l'elaborazione di biosensori che simulano il sistema olfattivo dei mammiferi, con numerose potenziali applicazioni. Nelle installazioni industriali, i nasi elettronici, costituiti da una matrice di sensori elettrochimici in grado di riconoscere odori semplici o più complessi, potrebbero fornire un utile contributo al controllo dei processi e della qualità. Nell'ambito del progetto europeo SPOT-NOSED, è stata esplorata la possibilità di sviluppare la prima matrice di nanobiosensori basata sulle proprietà elettriche dei singoli recettori olfattivi. A tale scopo, su un nanoelettrodo è stato collocato uno strato di proteine che costituiscono i recettori olfattivi sui nasi degli animali, e ne è stata misurata la reazione quando le proteine entravano in contatto con i vari odori. Il nuovo biosensore offrirebbe la possibilità di rilevare odori in concentrazioni tali che per l'uomo sarebbero impercettibili. Per il rilevamento degli odori con il naso elettronico sono state necessarie diverse centinaia di proteine differenti, che i ricercatori del progetto SPOT-NOSED hanno riprodotto geneticamente dagli animali e ottenuto dalla fermentazione. Differenti proteine reagirebbero a differenti odori, ed è la combinazione di reazioni risultante che identifica un determinato odore. La localizzazione del recettore olfattivo 17 manifestatosi nella fermentazione è stata effettuata tramite il microscopio elettronico e confocale, che ha rivelato la presenza del recettore nella membrana plasmica. Le cellule della fermentazione, quindi, sono state smembrate meccanicamente, e le frazioni di membrana plasmica sono state separate dalle cellule integre e dalle pareti cellulari tramite fasi successive di centrifugazione. L'indagine al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) delle frazioni di membrana colorate negativamente ha indicato che sono composte di nanosomi resi circolari o frammenti schiusi di dimensioni variabili dai 500 ai 40nm. La loro dimensione è stata ulteriormente omogeneizzata a 40-60nm tramite sonicazione supplementare. Per ottenere una descrizione tridimensionale dei nanosomi assorbiti, le frazioni di membrana sono state depositate su substrati d'oro nudi e funzionalizzati, e rappresentate con il microscopio a forza atomica (AFM). Anche se le caratteristiche morfologiche dei nanosomi assorbiti sono ancora lontane dall'unificazione, è stato scoperto che questo tipo di nanosomi che incorporano recettori olfattivi contengono una soluzione acquosa.

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