Sensori biochimici e biomedicali

Cito

L’analisi selettiva, veloce ed accurata di cellule o, in generale, di particelle è ampliamente usata in diversi ambiti applicativi come la biologia cellulare, la medicina, la tossicologia, il monitoraggio ambientale. Tali analisi sono effettuate mediante apparecchiature dedicate al conteggio di un elevato numero di singole cellule o particelle, i citofluorimetri a flusso, che sono realizzate usando una complessa serie di componenti fluidici, ottici, elettronici e software. In particolare, cellule/particelle in sospensione vengono iniettate in un flusso laminare e idrodinamicamente focheggiate in un flusso di singole cellule/particelle che passano sotto una luce monocromatica. La luce diffusa o emessa in fluorescenza è raccolta ed analizzata fornendo informazioni per la classificazione delle cellule/particelle.

Tipicamente i citofluorimetri a flusso sono strumenti ingombranti, complessi, delicati e costosi e questo limita fortemente il loro utilizzo al di fuori di laboratori di ricerca avanzati. Vi è quindi una forte necessità di sviluppare citofluorimetri a flusso che siano adatti ad applicazioni di monitoraggio diffuso ed in situ. A tal fine, parte dell’attività di ricerca svolta presso l’IREA è stata indirizzata alla progettazione, realizzazione e caratterizzazione di micro-citofluorimetri a flusso, sia in silicio che in materiali plastici. I dispositivi realizzati prevedono che tutta la parte di microfluidica e d’illuminazione e raccolta della luce venga integrata su uno stesso supporto consentendo così la realizzazione di un cosiddetto “Lab on Chip” con una notevole riduzione delle dimensioni, della complessità e dei costi del dispositivo.

I citifluorimetri non sono gli unici sensori biochimici/biomedici sviluppati all’IREA. Un diverso metodo è quello che viene considerato nella realizzazione di piattaforme ibride. Sfruttando un approccio modulare, è possibile utilizzare substrati di silicio per la realizzazione di canali optofluidici di guide d’onda ARROW mentre gli elementi microfluidici vengono realizzati in PDMS (polidimetilsilossano). Tale piattaforma ibrida, basata sull’utilizzo di guide ibride (h-ARROW), ha permesso di raggiungere bassi limiti di rivelazione (dell’ordine di poche nM). Grazie alla struttura modulare, offre il vantaggio di una rapida prototipizzazione ed una elevata versatilità in quanto gli elementi microfluidici possono essere rapidamente sostituiti.

Una rapida ed efficace rivelazione di sostanze chimiche o di batteri è stata ampiamente utilizzata avvalendosi di sensori optofluidici basati su guide d’onda a getto. In tali dispositivi la natura guidante di un getto liquido viene utilizzata per veicolare la fluorescenza naturale prodotta dalla soluzione analizzata, quando eccitata mediante radiazione UV. Tale approccio è stato utilizzato ad esempio nella rivelazione di inquinanti dell’acqua (in particolare idrocarburi) e nella rivelazione di batteri (ad esempio Bacillus Subtilis o Microcystis Aeruginosa). Sono stati realizzati diversi dispositivi di tal genere: da quelli integrati a dispositivi portatili. In particolare, la realizzazione di sensori da utilizzare per misure su campo è stata sviluppata nell’ambito del progetto ACQUASENSE.

 

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