Il biosensore è un dispositivo analitico che combina elementi biologici con componenti tecnologici per rilevare e misurare sostanze specifiche. La loro funzione principale è tradurre un segnale biologico in un segnale misurabile e interpretabile, rendendo possibile l’analisi rapida, precisa e spesso portatile di campioni complessi.
Come funzionano? Questi strumenti sfruttano la specificità del riconoscimento biologico (ad esempio enzimi, anticorpi, recettori o materiale genetico) unita a un trasduttore fisico (elettrochimico, ottico, termico, piezoelettrico) che converte l’interazione con la molecola di interesse in un segnale leggibile.
Grazie a queste caratteristiche, i biosensori trovano applicazione in numerosi campi: dalla medicina (diagnosi e monitoraggio, come nel caso dei glucometri per i pazienti diabetici), alla sicurezza alimentare, fino al controllo ambientale e alla ricerca scientifica. Il loro sviluppo rappresenta un punto d’incontro tra biologia, chimica, ingegneria e informatica, con un forte impatto sulla diagnostica rapida, l’automazione dei controlli e la tutela della salute e dell’ambiente.
Il biosensore nel monitoraggio ambientale
Il monitoraggio ambientale oggi riveste un’importanza cruciale dati i continui cambiamenti climatici. La qualità di aria, acqua e suolo ha un impatto diretto non solo sugli ecosistemi ma anche sulla salute umana e sulla sicurezza alimentare. Il biosensore viene utilizzato anche in questo campo al fine di:
- rilevare inquinanti chimici come metalli pesanti, pesticidi e fertilizzanti, composti organici e solventi industriali nell’aria;
- identificare rapidamente batteri patogeni e contaminazioni da virus in acque potabili e reflue o microrganismi nocivi nell’aria;
- rilievo di tossine e sostanze pericolose, cancerogene o mutagene;
- monitorare in tempo reale trasmettendo dati di continuo per facilitare interventi e misure preventive.
I limiti attuali del monitoraggio ambientale
Attualmente il monitoraggio ambientale seppur sempre più diffuso e più concreto, presenta alcune limitazioni oggettive che ne possono alterare l’accuratezza dei risultati.
Spesso la copertura territoriale è insufficiente: i punti di campionamento sono pochi e distribuiti in modo disomogeneo, il che comporta un monitoraggio poco capillare.
Le analisi presentano alti costi e un elevato grado di complessità: si richiedono strumenti costosi, personale qualificato e tempi di rilevazione molto lunghi. Ciò limita la frequenza dei controlli.
I dati si presentano in maniera discontinua e poco tempestiva: i sistemi classici forniscono dati puntuali ma raccolti ad intervalli e, dunque, non adatti a rilevare eventi improvvisi.
I dati raccolti dai diversi enti non sono sempre condivisi e standardizzati: ciò si traduce in una difficoltà di integrazione che rende le informazioni frammentate e non correlate.
Infine, vi sono limitazioni tecnologiche dovute all’assenza di strumenti all’avanguardia che non sono in grado di rilevare alcuni inquinanti emergenti e limitazioni normative-burocratiche che rallentano l’adozione di tali nuovi strumenti.
Il progetto di ricerca EMDAS
La divisione Research and Development si sta occupando della realizzazione un progetto di ricerca teso a risolvere alcuni limiti attuale nel rilievo dei dati: “EMDAS- Enviroment Mobile Data Acquisition System” .
Il progetto EMDAS, nello specifico, si concentra su un particolare territorio: l’individuazione precoce dei patogeni nel campo dei fluidi quali l’acqua nelle sue diverse aree di utilizzo, (acque reflue, bacini idrici, itticoltura, aree balneari ed acque destinate all’allevamento o all’irrigazione) e le materie generate dagli allevamenti per la produzione alimentare (latte e intermedi caseari). Un territorio finora poco battuto e ancora poco esplorato.
Dati discontinui e poco tempestivi, non integrati e poco standardizzati , tempistiche lunghe di rilievo e necessità di personale qualificato, sono gli aspetti su cui il progetto offre una soluzione innovativa e funzionale.
Come funziona EMDAS? Dal biosensore all’IA per un’integrazione efficace e completa dei dati.
Il progetto di ricerca consta di diverse fasi che sono ancora in corso. La prima ha come obiettivo lo sviluppo del prototipo di sistema automatizzato per l’analisi biologica attraverso biosensori: questi ultimi sono stati individuati tra quelli con migliore e più rapida detection dei patogeni target. La completa automatizzazione, poi, delle analisi del sensore è uno degli aspetti cardine che va ad impattare positivamente sia sulle tempistiche di rilievo sia sulla presenza di agenti umani, la quale potrebbe essere non più necessaria.
La seconda fase ha, invece, l’obiettivo di eseguire data analysis predittive con l’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale volte all’individuazione di cause ambientali strettamente correlata alla comparsa dei patogeni: la divisione Research & Development si è occupata proprio di sviluppare e addestrare moduli di machine learning/deep learning, raccogliere e normalizzare i dati, eseguire correlazioni tra i dataset e inferire sul sistema per sfruttarne le capacità predittive. In tale modo i dati saranno storicizzati, archiviati e distribuiti.
Si va, dunque, a creare un sistema integrato di raccolta dati che risulta sia essere tempestivo sia predittivo di eventi futuri. L’Intelligenza Artificiale grazie all’addestramento, diventerà sempre più performante nella correlazione dei diversi dati fornendo, dunque, un’analisi sempre più precisa e sicura.
Una soluzione innovativa scalabile
Il progetto EMDAS fornisce un prototipo con alte potenzialità di utilizzo nell’ambito del monitoraggio ambientale. Una soluzione che rientra a pieno negli “early warning systems”, consentendo un’interpretazione efficace dei dati. Ciò si traduce in un’analisi tempestiva e puntuale in grado di fornire alert decisivi a supporto delle azioni di prevenzione e mitigazione dei rischi.
I campi di applicazione possono essere diversi grazie anche alla portabilità del sistema siccome si tratta pur sempre di un’applicazione mobile di facile spostamento. Uno strumento decisionale avanzato posto a salvaguardia dell’ambiente.
