Un dispositivo dei ricercatori del Los Alamos National Laboratory non è proprio lo scanner medico "tricorder" di Star Trek, ma è un passo nella giusta direzione. Il sensore analitico portatile ingegnerizzato con campionamento automatico (PEGASUS) è ​​un sensore ottico miniaturizzato basato su guida d'onda in grado di rilevare tossine, firme batteriche, firme virali, biominacce, polveri bianche e altro, da campioni come sangue, acqua, CSF, cibo, e campioni di animali.

"La capacità di rilevare gli agenti patogeni, minacce biologiche o tossine, in modo rapido e preciso, senza previa conoscenza dell'agente, porterebbe a migliori risultati per la salute umana e ambientale, " ha detto il ricercatore capo Harshini Mukundan. "Questo è un passo importante verso la comprensione di cosa sta affrontando un soccorritore e fornendo loro risultati rapidi".

PEGASUS non richiede personale addestrato o attrezzature di laboratorio per funzionare, il che significa che può essere utilizzato facilmente in aree remote del mondo. Può discriminare tra firme batteriche e virali, consentendo la corretta scelta del trattamento, che dovrebbe migliorare gli esiti di salute dei pazienti e ridurre la diffusione della resistenza antimicrobica, ha detto Mukundan.

Il sensore include un dispositivo integrato per l'elaborazione dei campioni con passaggi manuali minimi, volte a garantire che ogni campione sia della qualità necessaria per il rilevamento. "Può aiutare a risolvere il problema dell'identificazione errata delle biomolecole, soprattutto in campo, permettendoci di essere preparati per qualsiasi potenziale epidemia o evento di minaccia biologica, " disse Mukundan.

"Il rilevamento avviene in due fasi principali, " ha detto Kiersten Lenz, un ricercatore del progetto. "Primo, il campione viene processato in un dispositivo microfluidico, che richiede solo un piccolo volume di campione. Prossimo, il campione processato viene caricato sul sensore miniaturizzato, dove avviene il rilevamento. Il dispositivo microfluidico e il sensore possono essere confezionati in una valigetta robusta che può essere portata ovunque nel mondo, consentendo un maggiore accesso a questo strumento di rilevamento."

"Speriamo in un ampio utilizzo di questo dispositivo, " Mukundan ha continuato. "Può essere usato per rilevare infezioni batteriche nell'uomo o negli animali, o focolai nell'approvvigionamento alimentare, identificare le polveri bianche, rilevare la presenza di virus specifici nell'uomo, animali, cibo, o acqua, identificare potenziali agenti di biominaccia, e altro ancora. Per esempio, la nostra tecnologia può rilevare rapidamente l'infezione in uno studio medico, una clinica remota, o un laboratorio. In caso di infezioni batteriche, può discriminare tra Gram-positivi, -negativo, e fonti indeterminate, senza previa conoscenza del tipo di infezione, in 15-30 minuti, " ha detto. Per tali infezioni, una volta nota la classe dei batteri, possono essere scelti trattamenti appropriati che si tradurranno in importanti benefici per la guarigione del paziente. Inoltre, conoscere l'esatto batterio coinvolto può anche ridurre la prescrizione di antibiotici ad ampio spettro, che può portare all'evoluzione di organismi resistenti agli antibiotici.

Un altro potenziale impatto è nel campo della biosorveglianza. Poiché il biosensore può essere utilizzato in aree remote del mondo e può rilevare una varietà di molecole biologiche da una varietà di fonti, può avere un impatto nel monitoraggio della presenza di potenziali agenti di minaccia biologica o focolai. Il sensore è in grado di rilevare la presenza di biomolecole da fonti alimentari, l'approvvigionamento idrico, e può aiutare a identificare polveri bianche sconosciute che vengono spedite in pacchi sospetti o versate in autostrada. Con una migliore sorveglianza e monitoraggio, possiamo essere meglio preparati per potenziali epidemie, poiché avremo una migliore comprensione degli agenti specifici in gioco.

Come funziona

La tecnologia del dispositivo si basa su un biosensore ottico basato su guida d'onda da banco sviluppato a Los Alamos. Il sistema di rilevamento rileva gli analiti su una superficie di guida d'onda ottica planare in un campo molto piccolo (~200 nm). Per produrre il campo di rilevamento, un laser è accoppiato con un angolo di incidenza critico nella guida d'onda planare, e la riflessione interna totale della luce avviene tra gli strati della guida d'onda, a causa dei loro diversi indici di rifrazione. Questo fa sì che un campo evanescente si irradi sulla superficie della guida d'onda, dove vengono rilevate le molecole fluorescenti.