Il campo della medicina è sempre alla ricerca di migliori strumenti diagnostici per le malattie:più semplici, Più veloce, e tecnologie più economiche per migliorare il trattamento e i risultati dei pazienti. Attualmente, i dispositivi di analisi biologica microfluidica sono gli strumenti diagnostici preferiti che consentono ai medici di misurare la concentrazione di biomarcatori della malattia all'interno del campione biologico di un paziente, come il sangue. Possono indicare la probabilità di una malattia sulla base di un confronto della concentrazione di biomarcatori nel campione rispetto al livello normale. Per rilevare questa concentrazione, il campione del paziente viene fatto passare su una superficie contenente biorecettori immobilizzati, o molecole che "catturano i biomarcatori" che sono state attaccate a questa superficie. Un ricercatore può quindi registrare l'abbondanza di biomarcatori, determinare se il livello è normale, e raggiungere una diagnosi. Poiché l'efficienza di questi dispositivi dipende da quanto intatti e funzionali sono i biorecettori attaccati, immobilizzare questi biorecettori senza causare danni si è rivelato scoraggiante.

Negli ultimi due decenni, stampa a microcontatto, che utilizza un timbro di gomma per immobilizzare i biorecettori, è stato stabilito come un metodo affidabile per creare una varietà di analisi con più applicazioni. Eppure questo metodo ha anche i suoi difetti, in particolare se utilizzato su scala nanometrica, la scala in cui regnano le proteine ​​e il DNA. A questa scala, le tecniche dure ed elaborate attualmente utilizzate compromettono la risoluzione del dispositivo, sia deformando il timbro o danneggiando i biorecettori, ottenendo così dati alquanto ingestibili per l'uso in diagnostica o altre applicazioni. Però, in un recente articolo pubblicato sulla rivista Analista , i ricercatori dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) descrivono una nuova sequenza di passaggi di stampa che ha corretto questi problemi.

Per la stampa a microcontatto, "hai bisogno di un timbro, un inchiostro, e una superficie, e poi crei il tuo modello sulla tua superficie. E 'così semplice, " spiega Shivani Sathish, Dottorando OIST presso l'Unità Micro/Bio/Nanofluidica, e primo autore sulla carta.

Il timbro è in polidimetilsilossano, che è un solido flessibile simile alla gomma usata nei francobolli di tutti i giorni. L'inchiostro è una soluzione composta da molecole contenenti silicio e ossido chiamate APTES, e la superficie è di vetro. Dopo aver rivestito il timbro con l'inchiostro, il timbro viene premuto sul vetro, e poi rimosso dopo una breve incubazione. Il risultato è uno strato modellato di APTES sul vetro, una scacchiera di regioni con o senza APTES. Prossimo, un dispositivo microfluidico, che contiene uno o più microcanali configurati per guidare il fluido attraverso percorsi specifici, è sigillato sopra il vetro modellato. Finalmente, i biorecettori sono chimicamente legati alle regioni APTES all'interno dei canali microfluidici. Il dispositivo nel suo insieme ha le dimensioni di un francobollo.

Il sistema è ora pronto per l'uso come test diagnostico. Per eseguire il saggio, un campione di fluido da un paziente viene erogato attraverso il dispositivo microfluidico fissato al vetro. Se è presente il biomarcatore della malattia pertinente, la molecola si "attaccherà" alle aree contenenti i biorecettori.

Ciò che è importante nella soluzione APTES è la sua chimica conveniente. "A seconda del tuo biorecettore di interesse, devi solo scegliere la chimica appropriata per collegare la molecola con gli APTES, "Spiega la signora Sathish. O in altre parole, un timbro può essere utilizzato per preparare un test con la capacità di immobilizzare una varietà di diversi biorecettori:un timbro consente più test e diagnosi su un'unica superficie. Questa caratteristica sarebbe vantaggiosa per la diagnosi di malattie complesse come il cancro, che si basa su test in grado di rilevare più marcatori per migliorare la diagnosi.

Nella loro ricerca, La signora Sathish e colleghi hanno sviluppato una tecnica migliorata per creare il dispositivo diagnostico della malattia più ottimale da utilizzare su scala nanometrica. Qui, hanno prima modellato le caratteristiche su scala nanometrica di APTES usando un inchiostro fatto di APTES in acqua, rispetto ai prodotti chimici aggressivi, che ha eliminato il problema del rigonfiamento dei francobolli. Quindi, hanno immobilizzato i biorecettori sulla superficie come ultima fase del processo, dopo aver modellato l'APTES e aver collegato il dispositivo microfluidico. Collegando i biorecettori come passaggio finale, i ricercatori hanno evitato di esporli a condizioni estreme e dannose. Hanno quindi dimostrato l'efficacia del dispositivo finale eseguendo un test per catturare i biomarcatori interleuchina 6 e proteina c-reattiva umana, due sostanze che sono spesso elevate nel corpo durante l'infiammazione.

"L'obiettivo finale è creare un dispositivo point-of-care, " spiega la professoressa OIST Amy Shen, che ha guidato la ricerca.

"Se ottieni i tuoi biorecettori pre-immobilizzati all'interno di dispositivi microfluidici, puoi utilizzarli come strumenti diagnostici come e quando richiesto, " La signora Sathish continua. "[Alla fine] invece di avere un intero team clinico che elabora il tuo campione... speriamo che i pazienti possano farlo da soli a casa".