Biohybrid electrospun membranes as biosensing tools

Biofunctional electrospun membranes show remarkable characteristics, such as high surface to volume ratio, which open to a variety of advanced technologies including biosensing. In this study, poly(vinyl alcohol) (PVA)/ bovine serum albumin (BSA) nanofibers were produced by means of electrospinning followed by crosslinking with glutaraldehyde (GA) to make them stable when operate in water environment. The characterization by using scanning electron microscopy (SEM) evidenced homogeneous and defect-free fibers with diameters of about 150 nm. The presence and the quantity of BSA at the fiber surface were determined by analysing the spectra obtained by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and by performing the Bradford protein assay. Moreover, the efficient BSA bioactivity was demonstrated in chemical filtration, since this biohybrid membrane allows for binding several chemical species on the fibers surface, including non-steroidal antinfiammatory drugs or vitamins. Here, the immersion of the PVA-BSA membrane in a solution containing Atto 520-Biotin, led to a further decoration of the fibers to develop an optical biosensing platform. Specifically, this highly emissive membrane can be used as a probe for biomolecules, where the variation of the emission intensity could be related to the amount of the target to be detected. Accordingly, Photoluminescence (PL) and photoluminescence-excitation (PLE) spectra of the Biotin-decorated membrane were collected and high fluorescence quantum yields were measured. A preliminary binding test aimed at assessing possible future applications of fluorescent biotin functionalized fibers was carried out.

Le membrane biofunzionali elettrofilate presentano interessanti caratteristiche, come l’elevato rapporto superficie/volume, che possono essere sfruttate nello sviluppo di tecnologie avanzate, compresa la biosensoristica. Nel presente studio, sono state prodotte nanofibre di alcool polivinilico (PVA) e sieroalbumina bovina (BSA) tramite la tecnica di electrospinning seguita da una reticolazione con glutaraldeide (GA) per renderle stabili ed adatte ad operare in ambiente acquoso, che è l’ambiente di riferimento in campo medico/biologico. La caratterizzazione tramite microscopia a scansione elettronica (SEM) ha evidenziato la produzione di fibre omogenee e prive di difetti caratterizzate da diametri di circa 150 nm. La presenza e la quantità di BSA sulla superficie delle fibre sono evidenziate analizzando gli spettri ottenuti tramite spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) ed eseguendo un’analisi colorimetrica tramite il saggio di Bradford. In particolare, l’efficiente bioattività della BSA è stata dimostrata nella filtrazione chimica: infatti questa membrana bioibrida permette di legare sulla superficie delle fibre un’ampia gamma di specie chimiche, compresi farmaci antinfiammatori non steroidei o vitamine. Nel presente progetto, l’immersione della membrana di PVA-BSA in una soluzione contenente Atto 520-Biotina, ha portato a una ulteriore funzionalizzazione delle fibre che consente di sviluppare una piattaforma per biosensori ottici. Specificatamente, questa membrana molto emissiva può essere utilizzata come sonda per biomolecole, dove la variazione dell’intensità di emissione può essere legata alla quantità di target da individuare. Di conseguenza, gli spettri di fotoluminescenza (PL) e fotoluminescenza eccitata (PLE) della membrana decorata con la Biotina, sono stati registrati e alti valori di efficienza di fluorescenza sono stati misurati. Infine, un test preliminare volto a valutare possibili future applicazioni delle fibre funzionalizzate con la biotina fluorescente, è stato eseguito.