Una semplice innovazione delle dimensioni di un granello di sabbia significa che ora possiamo analizzare cellule e minuscole particelle come se fossero all'interno del corpo umano.

Il nuovo micro-dispositivo per l'analisi dei fluidi consentirà esperimenti più personalizzati nello sviluppo di farmaci e nella ricerca sulle malattie tramite nuovi sistemi "organ-on-chip".

Potrebbe anche trasformare i test di contaminazione dell'acqua e la diagnosi medica nelle zone di calamità naturali, dove il suo basso costo, l'uso semplice e la portabilità lo rendono uno strumento pratico che quasi chiunque può utilizzare.

Come funziona

I dispositivi microfluidici o "lab-on-a-chip" sono comunemente usati per analizzare campioni di sangue e altri fluidi, che vengono pompati attraverso canali stretti in un chip trasparente delle dimensioni di un francobollo.

Questo nuovo chip porta quella tecnologia un ulteriore passo avanti aggiungendo una cavità tridimensionale lungo il canale - pensa a uno stretto tunnel che si apre improvvisamente in una volta a cupola - che crea un mini-vortice in cui le particelle ruotano, rendendoli più facili da osservare.

Per realizzare questa cavità, i ricercatori hanno inserito una goccia di metallo liquido sullo stampo in silicone durante la realizzazione del chip.

L'elevata tensione superficiale del metallo liquido consente di mantenere la sua forma durante il processo di stampaggio.

Infine viene rimosso il metallo liquido, lasciando solo il canale e una cavità sferica pronti per l'uso come mini-centrifuga, ha spiegato l'ingegnere RMIT e co-leader dello studio Dr. Khashayar Khoshmanesh.

"Quando il campione di fluido entra nella cavità di forma sferica, gira dentro la cavità, " Egli ha detto.

"Questa rotazione crea un vortice naturale, che proprio come una macchina centrifuga in un laboratorio di analisi, fa girare le cellule o altri campioni biologici, permettendo loro di essere studiati senza la necessità di catturarli o etichettarli."

Il dispositivo richiede solo piccoli campioni, non più di 1 ml di acqua o sangue, e può essere utilizzato per studiare minuscole cellule batteriche che misurano solo 1 micron, fino alle cellule umane grandi fino a 15 micron.

Una piattaforma per lo studio delle malattie cardiovascolari

Co-leader dello studio e biologo RMIT, Dott.ssa Sara Baratchi, ha affermato che le morbide cavità sferiche del dispositivo potrebbero essere utilizzate per imitare organi umani in 3D e osservare come si comportano le cellule in varie condizioni di flusso o interazioni farmacologiche.

"La capacità di adattare le dimensioni della cavità consente anche di simulare diverse situazioni di flusso, in questo modo possiamo imitare la risposta delle cellule del sangue in situazioni di flusso disturbato, per esempio nei punti di diramazione e nelle curvature delle arterie coronarie e carotidi, che sono più inclini al restringimento, " lei disse.

Questa capacità sarà di interesse per l'industria biomedica in forte espansione australiana, con apparecchiature mediche tra le nostre prime 10 esportazioni nel 2018 e un valore di $ 3,2 miliardi.

Baratchi ha affermato che la scoperta è stata resa possibile solo attraverso la collaborazione, con tecnologi della School of Engineering e meccanobiologi della School of Health and Biomedical Sciences che uniscono le forze nel gruppo di ricerca di Meccanobiologia e Microfluidica di RMIT.

"I biologi come me hanno lottato per studiare l'impatto delle forze associate al flusso sulle cellule del sangue circolatorio. Ora questo dispositivo miniaturizzato sviluppato con i nostri colleghi ingegneri fa esattamente questo, " disse Baratti.

"È una soluzione ingegnosa che mette davvero in evidenza il valore della ricerca interdisciplinare".

Ma alcune delle applicazioni più interessanti potrebbero anche essere al di fuori del laboratorio.

Un test dell'acqua economico e portatile che chiunque può usare

Un'altra promettente applicazione è l'identificazione di parassiti e altre infezioni nei corsi d'acqua, soprattutto nei paesi in via di sviluppo.

"Il rilevamento delle impurità dell'acqua può essere un compito difficile perché non sempre si sa esattamente cosa si sta cercando, " Ha detto Khoshmanesh.

"Ma con questo dispositivo le impurità verranno catturate e fatte orbitare dal vortice senza alcuna preparazione speciale del campione, risparmiando tempo e denaro".

Se utilizzato per analizzare campioni di acqua o sangue, il basso costo e la portabilità del dispositivo lo rendono attraente per un'intera gamma di applicazioni.

Lo stesso gruppo di ricerca ha recentemente sviluppato una pompa a pressione, fatto da palloncini in lattice, per far funzionare il dispositivo.

A differenza delle pompe convenzionali, che può essere grande quanto una scatola da scarpe e costare migliaia di dollari, il loro è a basso costo e portatile.

"La semplicità è un parametro molto importante per i nostri progetti perché spesso si traduce in costi inferiori e grande applicabilità al di fuori del laboratorio, " Ha detto Khoshmanesh.

"Il nostro nuovo dispositivo microfluidico, combinato con la nostra pompa e uno smartphone in grado di catturare immagini ad alta velocità, fa un basso costo, dispositivo diagnostico point-of-care autosufficiente e interamente portatile."

Lo studio, capofila del dottorando RMIT Engineering, Ngan Nguyen, è ora pubblicato nel livello più alto Materiali funzionali avanzati rivista.