Sviluppo di un Rivestimento Antifouling Selettivo e Biofunzionalizzato su Ossido di Alluminio per Applicazioni in Sensori per la Rilevazione di Sepsi

Abstract

La sepsi è una condizione potenzialmente letale causata da una risposta immunitaria disfunzionale a un’infezione, che rappresenta una delle principali sfide della medicina moderna a causa dell’elevata mortalità, della complessità clinica e dell’impatto economico. Le attuali metodiche diagnostiche sono lente, frammentarie e basate su dati incompleti, portando spesso a ritardi nel trattamento. Il progetto SepsPIC mira a superare tali limitazioni sviluppando un dispositivo point-of-care (PoC) da utilizzare presso il letto del paziente, capace di rilevare rapidamente molteplici biomarcatori della sepsi, supportando così decisioni cliniche più rapide e accurate. Il dispositivo PoC integra biossido di silicio (SiO₂) e ossido di alluminio (Al₂O₃), con la regione responsabile del sensing realizzata in alluminio, rivestita con uno strato antifouling per ridurre le interazioni non specifiche. Questo studio si concentra sull’ottimizzazione di un doppio strato lipidico (supported lipid bilayer) selettivo per la superficie in Al₂O₃, utilizzando una miscela di lipidi negativamente caricati (DOCP) e lipidi zwitterionici (DOPC). È emerso che un rapporto 1:1 rappresenta la condizione ottimale, assicurando un rivestimento uniforme, una buona mobilità della membrana e un’efficace resistenza all’adsorbimento non specifico. Le analisi condotte mediante microscopia a fluorescenza, FRAP e QCM-D hanno confermato omogeneità dello strato e capacità di auto-riparazione. Dopo l’ottimizzazione, il doppio strato lipidico sarà funzionalizzato con Nanofitine - testate per la prima volta su rivestimenti lipidici - progettate per riconoscere la proteina eGFP. Sebbene l’eGFP sia solo un analita modello, esso dimostra la fattibilità dell’uso delle Nanofitine ancorate a lipidi per la rilevazione di biomarcatori.

Sepsis is a life-threatening condition caused by a dysregulated immune response to infection, posing a major challenge in modern medicine due to its high mortality, complexity, and economic impact. Current diagnostics are slow, fragmented, and reliant on incomplete data, often delaying effective treatment. The SepsPIC project seeks to overcome these issues by developing a bedside point-of-care (PoC) device capable of rapidly detecting multiple sepsis biomarkers, thereby supporting faster and more accurate clinical decisions. The PoC device incorporates silicon dioxide (SiO2) and aluminum oxide (Al2O3), with the sensing region made of alumina coated in an antifouling layer to reduce non-specific interactions. This study focuses on optimizing a material-selective supported lipid bilayer on the Al2O3 surface using a blend of negatively charged DOCP and zwitterionic DOPC lipids. A 1:1 ratio was found optimal, providing coating uniformity, mobility, and antifouling properties. Analyses using fluorescence microscopy, FRAP, and QCM-D confirmed stable performance with self-repairing capabilities. Following optimization, the bilayer will be functionalized with Nanofitins - tested here for the first time on lipid coatings - engineered to recognize enhanced Green Fluorescent Protein (eGFP). Though eGFP is only a model analyte, it demonstrates the feasibility of lipid-anchored Nanofitins for biomarker detection.