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Una pietra miliare nella microfluidica potrebbe presto portarci ad avere dei chip indipendenti e auto-alimentati in grado di diagnosticare le malattie in pochi minuti.

Il dispositivo, sviluppato da un team internazionale di ricercatori della University of California, Berkeley, University in Ireland di Dublin City e dell'Universidad de Valparaíso Cile, è in grado di trattare i campioni di sangue intero, senza l'uso di tubi esterni e componenti aggiuntivi.

I ricercatori hanno soprannominato il dispositivo SIMBAS, che sta per Self-powered Integrated Microfluidic Blood Analysis System [Sistema Microfluidico di Analisi del Sangue Autoalimentato Integrato] ed è apparso come storia di copertina del 7 marzo nella rivista peer-reviewed [a revisione dei pari] Lab on a Chip.

Foto del Simbas, chip di 2,5x5 cm che elabora simultaneamente cinque campioni diversi di sangue, separando il plasma dalle cellule del sangue e rilevando la presenza di biotina, o vitamina B7. (di Dimov Ivan)

Dimov lavora nel laboratorio del ricercatore principale dello studio, Luke Lee, professore di bioingegneria e co-direttore del Berkeley Sensor and Actuator Center della UC Berkeley. "Questo è uno sviluppo molto importante per la diagnostica sanitaria globale", ha detto Lee. "Gli addetti ai lavori del settore potrebbero utilizzare questo dispositivo per rilevare malattie come l'HIV o la tubercolosi nel giro di pochi minuti. Il fatto che abbiamo ridotto la complessità del biochip e utilizzato componenti in plastica, lo rende molto più facile da produrre in grandi volumi a basso costo. Il nostro obiettivo è quello di affrontare i bisogni globali di cura della salute con dispositivi di diagnostica funzionali, economici e veramente portatili. "

"Il sogno di un vero laboratorio-in-un-chip è vivo da un po' di tempo, ma la maggior parte dei sistemi sviluppati finora non erano veramente autonomi", ha detto Ivan Dimov, ricercatore post-dottorato in bioingegneria della UC Berkeley e co-autore principale dello studio. "Quando si aggiungono tubi e si installano i componenti di campionamento necessari per fare funzionare i chip precedenti, perdono la caratteristica di essere piccoli, portatili ed economici. Nel nostro dispositivo, non ci sono collegamenti esterni o tubi necessari, quindi questo può davvero diventare un sistema di cura personale".

Per il nuovo biochip Simbas, i ricercatori hanno usato le leggi della fisica su microscala per accelerare processi che possono richiedere ore o giorni in un laboratorio tradizionale. Essi rilevano, ad esempio, che il sedimento nel vino rosso che richiede di solito da giorni ad anni a stabilirsi si può ottenere in pochi secondi in microscala. Il biochip Simbas utilizza trincee modellate sotto canali microfluidi che hanno circa la larghezza di un capello umano. Quando il sangue intero è lasciato cadere sulle insenature del chip, le cellule relativamente pesanti di globuli rossi e bianchi si stabiliscono nelle trincee, separandosi dal plasma chiaro del sangue.  Il sangue si muove attraverso il chip in un processo chiamato flusso a guida degassata.

Nel flusso a guida degassata, le molecole d'aria all'interno del dispositivo polimerico poroso sono eliminate mettendo il dispositivo in un involucro sottovuoto. Quando il sigillo è rotto, il dispositivo viene portato alle condizioni atmosferiche, e le molecole d'aria sono riassorbite nel materiale del dispositivo. Ciò genera una differenza di pressione, che spinge il fluido sanguigno a fluire nel chip.

Negli esperimenti, i ricercatori sono stati in grado di catturare oltre il 99 per cento delle cellule del sangue nei solchi e di separare selettivamente il plasma utilizzando questo metodo. "Questo lavoro di preparazione per separare le componenti del sangue per l'analisi viene fatto con la gravità, per cui i campioni sono assorbiti in modo naturale e proiettati il chip senza bisogno di alimentazione esterna", ha detto Dimov.

Il gruppo ha dimostrato la prova concettuale del Simbas inserendo nel solco del chip un campione di 5 microlitri di sangue intero che conteneva la biotina (vitamina B7) ad una concentrazione di circa 1 parte per 40 miliardi. "Questo può essere approssimativamente confrontato a un granello di sabbia in un mucchio di sabbia di 21000 litri", ha detto Dimov. I biosensori nel chip Simbas hanno fornito una lettura dei livelli di biotina in 10 minuti. "Immaginiamo di avere qualcosa di così economico e facile da usare come test di gravidanza, ma che potrebbe rapidamente diagnosticare l'HIV e la tubercolosi", ha dichiarato Benjamin Ross, un dottorando in bioingegneria dell'Università di Berkeley e coautore dello studio. "Questo sarebbe un vero e proprio cambio di passo. Si potrebbero salvare milioni di vite."

"La piattaforma Simbas può creare una efficace piattaforma di biochip molecolare diagnostico per il cancro, le malattie cardiache, la sepsi, e per le altre malattie nei paesi sviluppati" ha detto Lee.

Co-autori responsabili dello studio sono Lourdes Basabe-Desmonts, scienziato senior del Biomedical Diagnostics Institute alla Dublin City University e Jose L. Garcia-Cordero, attualmente ricercatore post-dottorato presso l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL Svizzera) e Antonio J. Ricco, professore aggiunto presso l'Istituto di diagnostica biomedica alla Dublin City University. Il lavoro è stato finanziato dalla Science Foundation Ireland e dai National Institutes of Health.

Fonte: Materiale fornito dalla University of California - Berkeley. L'articolo originale è stato scritto da Sarah Yang.

Riferimento: Ivan K. Dimov, Lourdes Basabe-Desmonts, Jose L. Garcia-Cordero, Benjamin M. Ross, Antonio J. Ricco, Luke P. Lee. Stand-alone self-powered integrated microfluidic blood analysis system (SIMBAS) . Lab on a Chip , 2011; 11 (5): 845 DOI: 10.1039/C0LC00403K

Pubblicato su ScienceDaily il 18 Marzo 2011 Traduzione di Franco Pellizzari.

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