Scopul principal al proiectului este dezvoltarea unui dispozitiv bio-analitic pentru cuantificarea și detectarea de acizi nucleici (NAs). Dispozitivul este alcătuit din două elemente: i) un senzor electrochimic capabil să cuantifice și să determine concentrația de NA; și, ii) un sistem de control al temperaturii sau un microîncălzitor esențial pentru reacțiile enzimatice în timpul proceselor de amplificare a NAs. Aceste două componente vor fi echipate cu electrozi din fibre polimerice electrofilate cu acoperire metalica, atașați pe suport microfluidic pentru transportul probei. Un hidrogel va acționa ca electrolit în stare solidă necesar pentru detectarea și amplificarea NA și, în același timp, ca o barieră fizică pentru componentele sistemului de detecție. Pentru atingerea scopului principal al proiectului sunt avute în vedere următoarele obiective:
O1. fabricarea electrozilor prin atașarea fibrelor polimerice electrofilate cu acoperire metalica pe suport solid cu microcanale imprimate. Acest pas este esențial pentru fabricarea ambelor componente ale dispozitivului;
O2. fabricarea senzorului. Identificarea celor mai bune arhitecturi, combinații și/sau modificări ale electrozilor, a electrolitul în stare solidă și testarea capacității acestuia de detectare și cuantificare a NAs.
O3. fabricarea microîncălzitorului. Identificarea celei mai bune arhitecturi a electrodului, investigarea distribuției spațiale a disipării puterii și, în consecință, a capacității lor de încălzire.

Proiectul este implementat in cadrul Lab. 10 Nanostructuri functionale din INCDFM

Rezultatele au fost diseminate prin prezentari orale la urmatoarele conferinte internationale:
1. V.C. Diculescu, New Electrode Architectures Based on Electrospun Polymeric Fibers For (Bio)Sensing Applications, at the 18th International Conference on Electroanalysis - ESEAC 2022, 5 - 9 Iunie 2022, Vilnius, Lituania. Invited talk.
2. D. Botta, Electrochemical Devices with Metallized Electrospun Fiber Meshes Electrodes, at the Biosystems in Toxicology and Pharmacology – Current challenges, online, 8-9 September 2022, Leiria, Portugal. Oral Presentation.
3. V.C. Diculescu, Electrospining for electrochemical applications, at the Biosystems in Toxicology and Pharmacology – Current challenges, online, 8-9 September 2022, Leiria, Portugal. Keynote lecture.

În Etapa 1 au fost desfășurate trei activități.
Activitatea 1.1. a fost dedicată testelor de electrofilare de soluții polimerice precum poli(metacrilatul de metil) și nylon-ul. Au fost studiați parametrii optimi ai procesului, în vederea obținerii de fibre polimerice robuste. Fibrele polimerice obținute au fost metalizate cu Au, Ag, Pt și AgCl prin pulverizare catodică în câmp magnetron, ceea ce a permis obținerea de electrozi.
În cadrul Activității 1.2 fibrele polimerice electrofilate și metalizate au fost transferate pin tratament termic pe patru substraturi diferite: tereftalat de polietilenă, dimetil polisiloxan, hârtie de filtru și hârtie cromatografică. Morfologia ansamblului fibre polimerice metalizate-suport a fost investigată prin microscopie electronică de baleiaj iar compoziția chimică și structurală prin spectroscopie de fotoelectroni de raze X și analiză de difracție de raze X.
Investigațiile din cadrul Activității 1.3 au fost dedicate obținerii sistemului microfluidic prin imprimare 3D din filamente de ceară și materiale polimerice cu proprietăți similare cerii pe hârtie cromatografică. Au fost realizate teste de imprimare și de difuzie, în vedere obținerii unei bariere hidrofobe ideale, care să asigure accesul fluidelor într-o suprafață/volum bine determinate, împiedicând în același timp împrăștierea acestora.
Alipirea fibrelor polimerice metalizate pe cele două parți ale sistemului microfluidic a permis obținerea unui senzor electrochimic pe hârtie cromatografică. Testarea răspunsului electrochimic a fost realizată în arhitecturi de doi și trei electrozi. Funcționalitatea senzorilor a fost investigată electrochimic în diferite condiții de pH, compoziție a electrolitului de suport, dar și în absența și în prezența a diferite probe redox. Analiza electrochimică a fost realizată prin voltametrie ciclică și prin spectroscopie de impedanță electrochimică.

Figura 1. Fotografii ale sistemelor microfluidice obținute prin imprimare 3D pe hârtie cromatografică cu trei electrozi de tip Au/PMMA în diferite configurații.

1. R.J.B. Leote, M. Beregoi, I. Enculescu, V.C. Diculescu, Metallized electrospun polymeric fibers for electrochemical sensors and actuators, Current Opinion in Electrochemistry, 2022, 34:101024. IF 7.664; AIS 1.411; Q1 (in Electrochemistry and in Chemistry, Physical)
2. R.J.B. Leote, C.G. Sanz, V.C. Diculescu, Electrochemical characterization of shikonin and in-situ evaluation of interaction with DNA, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2022, 921: 116663. IF 4.598; AIS 0.568; Q1 (in Chemistry, Analytical)
3. M.C. Bunea , V.C. Diculescu, M. Enculescu, D. Oprea, T.A. Enache, Influence of the Photodegradation of Azathioprine on DNA and Cells, International Journal of Molecular Sciences, 2022, 23:14438. IF 6.208; AIS 1.064; Q1 (in Biochemistry & Molecular Biology)