Una startup basata su una tecnologia concessa in licenza dalla Duke University sta cercando di distruggere una porzione da 1 miliardo di dollari del settore della diagnostica point-of-care sfruttando una caratteristica precedentemente considerata un difetto:la ruvidità della superficie.

Molti dispositivi diagnostici che catturano i biomarcatori sospesi nel sangue si affidano a molecole fluorescenti per il loro rilevamento. Sebbene questo metodo sia popolare nella diagnostica utilizzata commercialmente, esistono metodi alternativi e potenzialmente più potenti. Questi metodi, però, sono attualmente confinati alle impostazioni di laboratorio.

Uno di questi metodi utilizza materiali piezoelettrici, materiali che creano una corrente elettrica quando vengono sollecitati o fatti vibrare e, al contrario, vibrare quando è collegato a una corrente alternata. Poiché la frequenza delle vibrazioni cambia quando le molecole sono attaccate alla superficie, i ricercatori possono catturare e rilevare le proteine ​​o gli anticorpi specifici che indicano una determinata malattia.

Gli attuali dispositivi piezoelettrici si basano su pratiche di produzione precise che producono una superficie perfettamente liscia, poiché la rugosità può far saltare le misurazioni delicate. Questo vincolo, combinato con la necessità di volumi di campione relativamente grandi e ampi requisiti di controllo ambientale, ne ha impedito l'adozione nella diagnostica clinica, anche se hanno il potenziale per diventare molto sensibili, strumenti diagnostici portatili.

Introducendo un tipo di rugosità su misura, però, Zehra Parlak, un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Stefan Zauscher, il professore della famiglia Sternberg di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke, crede di aver trovato una soluzione migliore.

"Stavo andando a un colloquio di lavoro l'estate scorsa quando una lampadina si è accesa nella mia testa, " ha detto Zehra Parlak. "Ho lavorato al concetto dal 2013, Non ho visto l'applicazione commerciale fino a quel momento, e da allora ho lavorato per sviluppare un'azienda attorno ad esso."

Soprannominato "Tecnologie Qatch, " il nome dell'azienda ricorda il cristallo di quarzo utilizzato nella sua produzione e il "fattore qualità" che controlla. L'idea di Parlak è quella di introdurre minuscoli microcanali nel dispositivo di rilevamento, moltiplicando per 1000 volte la superficie a cui i biomarcatori possono agganciarsi e cambiando il modo in cui la vibrazione del cristallo reagisce al sangue.

L'idea è, Certo, più complicato di quanto sembri. I liquidi si accoppiano al rivelatore in modo diverso nei microcanali rispetto a quando vengono semplicemente esposti sulla superficie del dispositivo. Piuttosto che essere un ostacolo, però, Parlak ha utilizzato questa proprietà per progettare una piattaforma ottimizzata. Sebbene i dettagli siano attualmente protetti, il risultato è un dispositivo diagnostico sensibile che è molto più piccolo e robusto rispetto alle attuali opzioni sul mercato e richiede solo una frazione del sangue necessario per il test.

La National Science Foundation (NSF) crede che abbia qualcosa, avendo assegnato a Qatch Technologies e Duke University un premio per il trasferimento di tecnologia per piccole imprese (STTR). Questo un anno, $ 225, 000 la sovvenzione è destinata ad alto rischio, idee ad alta ricompensa per finanziare la solidificazione dell'idea e la formazione di un business plan.

Parlak ha anche ricevuto guida e supporto da Jesko von Windheim, professore della pratica dell'imprenditoria ambientale e dell'innovazione alla Duke, e William Walker, Duke's Mattson Family Director of Entrepreneurial Ventures.

"Ciò che distingue il nostro dispositivo da qualsiasi cosa fatta prima è il modo in cui questi sensori sono fabbricati:il materiale, il design e le dimensioni, " ha detto Parlak. "Ottenendo tutta la fisica applicata e la modellazione corretta, siamo in grado di caratterizzare volumi di liquido estremamente piccoli."

La prima applicazione che Qatch Technologies affronterà è la coagulazione del sangue. I pazienti che assumono anticoagulanti devono monitorare attentamente il proprio sangue per ridurre al minimo i rischi di emorragia. I chirurghi che conducono interventi chirurgici su strutture ad alto flusso sanguigno devono assicurarsi che il sito si coaguli prima di concludere la procedura. I test attuali sono o rapidi ma imprecisi a causa della presenza di cellule del sangue o altamente accurati ma lenti e più invasivi a causa del processo necessario per rimuovere dette cellule del sangue.

I sensori di Qatch sono particolarmente adatti per questa applicazione. I microcanali filtrano automaticamente le cellule del sangue, lasciando solo il plasma che fornisce i risultati più accurati. Il liquido viene aspirato nei canali per capillarità, non necessita di alcun tipo di pompa. I risultati si ottengono semplicemente misurando la tensione generata dalle vibrazioni del sensore, non sono necessarie ottiche o fotocamere ingombranti. E l'intero test richiede solo 1 microlitro di sangue, all'incirca la dimensione di un cristallo di sale medio, rendendo il processo di acquisizione di un campione semplice come una piccola puntura di un dito.

"Ciò che rende la ricerca di Qatch sui sensori microfluidici così promettente è il potenziale di unire la praticità dei test su sangue intero con la qualità di laboratorio dei test basati su plasma, " disse Ara Metjian, un ematologo e assistente professore presso la Duke University's School of Medicine, che aiuterà a testare il nuovo dispositivo. "L'opportunità di avere un impatto positivo sull'assistenza sanitaria di milioni di persone è entusiasmante".

Dopo aver lavorato con la coagulazione del sangue, Parlak spera di entrare nel campo più ampio della rilevazione di biomarcatori per la diagnosi.

"Con la piccola quantità di sangue necessaria per questa tecnologia, è come cercare una persona specifica in un ascensore rispetto a una gigantesca sala per banchetti, " disse Zauscher, che è un co-inventore della tecnologia e guiderà gli sforzi di ricerca della borsa di studio STTR alla Duke. "Si tratta di una piattaforma tecnologica che potrebbe essere utilizzata per rilevare un'ampia varietà di malattie e condizioni. Tutti i dettagli sono stati dimostrati in laboratorio e sono ben compresi attraverso modelli informatici. Questa sovvenzione aiuterà Zehra a metterli insieme in un palmo -prototipo di dimensioni".