Per valutare il potenziale ossidativo (OP) del particolato atmosferico (PM) sono stati messi a punto diversi test acellulari in grado di dare indicazioni riguardo la capacità del PM di generare stress ossidativo in organismi biologici. I metodi di rivelazione associati a questi saggi hanno una sensibilità relativamente bassa e sono difficilmente automatizzabili, rendendo di difficile applicazione i test di OP su campioni di PM a basse concentrazioni e/o acquisiti con sistemi di campionamento online. Il presente progetto ha l'obiettivo di sviluppare e ottimizzare sensori elettrochimici semplici, sensibili e utilizzabili da qualsiasi operatore, che possano consentire la misurazione offline e online del OP in campioni di PM a concentrazioni basse. Questo progetto prevede lo sviluppo di piattaforme nanostrutturate per la realizzazione di due sensori elettrochimici: uno inorganico ed uno organico biologico. Il dispositivo inorganico sarà sviluppato modificando elettrodi commerciali miniaturizzati screen-printed (SPE), mentre il dispositivo organico biologico sarà realizzato mediante l¿impiego di citocromo c e perossidasi di rafano come trasduttori, immobilizzati sull¿elettrodo. La piattaforma migliore in termini di stabilità, riproducibilità, sensibilità e riutilizzo, verrà testata su matrici complesse, come il materiale certificato di polvere urbana NIST 1948a e NIST 1949a, e su campioni di polveri selezionate rilasciate da diverse sorgenti emissive di PM (polvere di suolo, polvere sahariana, polvere di carbone; polvere freni, polvere stradale, cenere combustione legna, cenere combustione pellet), per valutare la risposta di ciascun elettrodo ottimizzato a campioni di PM con diverse caratteristiche chimico-fisiche. La piattaforma migliore sarà utilizzata per valutare il potenziale ossidativo di numerosi campioni di PM prelevati in aree urbane e/o industriali, caratterizzati chimicamente al fine di individuare le principali specie chimiche responsabili del OP.
Ad oggi, le principali tecniche adoperate per la determinazione del potenziale ossidativo di campioni di particolato atmosferico sono la risonanza paramagnetica elettronica, spettrometria di massa, spettrofotometria, cromatografia liquida ad alta prestazione, fluorescenza e tecniche elettrochimiche.
I sensori elettrochimici sono dispositivi semplici da utilizzare, ad alta sensibilità e selettività, che hanno acquisito ancora più importanza grazie all¿avvento delle nanotecnologie. Queste, infatti, hanno reso possibile non solo un notevole incremento del rapporto S/N, ma anche la miniaturizzazione di tali sistemi. Nanostrutture quali nanoparticelle metalliche di diversa forma e dimensione, a base carboniosa come nanotubi di carbonio a parete multipla e singola, grafene, fullerene, godono di un¿ampia area superficiale, alta conducibilità, notevoli proprietà catalitiche, biocompatibilità e facile funzionalizzazione. Tali proprietà permettono il raggiungimento di valori di sensibilità dell¿ordine delle nano e pico-moli, favorendo il trasferimento elettronico al trasduttore, l¿immobilizzazione orientata di recettori biologici sulla superficie elettrodica e l¿incremento della stabilità e riproducibilità della misura. Inoltre un sensore elettrochimico, rispetto agli altri metodi di analisi sopra menzionati, è caratterizzato da costi contenuti, tempi di risposta rapidi, portabilità e riusabilità.
Questi sistemi sono stati ampiamente sfruttati in ambito biologico per la diretta quantificazione di specie ossidanti come O2-, ·OH, H2O2, NO-. Tuttavia, per quanto riguarda matrici ambientali complesse, quali il particolato atmosferico, i sensori elettrochimici sono stati impiegati solo per una stima indiretta del OP, quantificando il DTT ridotto da specie presenti in tali matrici.
Il progetto ha dunque l¿obiettivo di realizzare un dispositivo semplice ma sensibile, utilizzabile da qualsiasi operatore, che fornisca una misura diretta del OP in campioni di PM prelevati in aree urbane e/o industriali ad alto impatto antropico. Tale dispositivo, potrà costituire una valida alternativa ai tradizionali metodi chimici acellulari per la valutazione del OP e consentire la misurazione offline e online del OP in campioni di PM a concentrazioni relativamente basse.