I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno progettato un nuovo sistema di analisi micrototale che quantifica una sostanza chimica bersaglio in un chip microfluidico senza pompe, tubi e rilevatori costosi. Il composto reagisce con altri prodotti chimici per produrre un gas, spingendo l'inchiostro in una camera collegata lungo un canale. I rilevatori di luce integrati aiutano a misurare la velocità del flusso, consentendo la misurazione della sostanza chimica originale. La portabilità del nuovo dispositivo consente analisi cliniche quantitative al letto del paziente.
La microfluidica è una tecnologia rivoluzionaria che fornisce chimica di precisione con un numero notevolmente inferiore di sostanze chimiche. Incidendo canali e camere sottili in un chip compatto che può stare nel palmo di una mano, è possibile eseguire operazioni chimiche con quantità di liquido di microlitri in una gamma ampiamente parallelizzata di condizioni di reazione, risparmiando tempo, costi e tutelando l'ambiente.
Più recentemente, in questi dispositivi in miniatura è stata incorporata anche la rilevazione quantitativa delle sostanze chimiche. Questi sistemi di analisi micro totale (micro-TAS) promettono un'analisi chimica completa che sfrutta tutti i vantaggi della microfluidica.
Tuttavia, per guidare il flusso attorno a canali e camere, la microfluidica richiede pompe, tubi per accoppiare il flusso nei canali, nonché costose sorgenti luminose e rilevatori per misurare direttamente i segnali ottici che ci dicono quante diverse sostanze chimiche sono presenti nei nostri canali. Ciò rende un metodo basato sulla miniaturizzazione e sulla portabilità molto meno maneggevole di quanto originariamente proposto.
Ma ora, un team guidato dal professore associato Hizuru Nakajima della Tokyo Metropolitan University ha messo a punto un metodo di quantificazione completamente nuovo in grado di eliminare del tutto l’hardware aggiuntivo. Lo studio è pubblicato sulla rivista Microchimica Acta .
Hanno ideato un sistema in cui alcuni composti di interesse (analita) producono un gas; più analita c'è, più velocemente viene prodotto il gas. Questa sovrapressione aiuta a guidare l'inchiostro lungo un canale collegato.
Mentre l'inchiostro scorre, blocca la luce ambientale che raggiunge due fotorilevatori organici (OPD) stampati lungo il canale, aiutando a misurare la velocità del flusso. Poiché la luce deve essere bloccata solo da un inchiostro scuro, il rilevamento richiesto è economico e semplice. Poiché il flusso è guidato dalla produzione di gas, non ci sono né pompe né tubi.
Hanno dimostrato il loro sistema misurando la quantità di proteina C-reattiva (CRP), una proteina associata a una risposta del sistema immunitario.
Innanzitutto, in una piccola camera viene aggiunta una soluzione contenente CRP; quanto più CRP c'è, tanto più si attacca alle pareti appositamente trattate della camera. Vengono quindi aggiunte nanoparticelle rivestite con anticorpi CRP e catalasi; più CRP c'è, più nanoparticelle e catalasi rimangono sulle pareti. Quando viene aggiunto il perossido di idrogeno, la catalasi aiuta a produrre ossigeno, completando il ciclo tra l'analita (in questo caso, CRP) e il flusso di inchiostro.
Il team ha dimostrato che la concentrazione di CRP nel siero umano poteva essere rilevata con precisione, anche in presenza di proteine comuni come l'immunoglobulina G (IgG) e l'albumina sierica umana.
C'era anche un buon accordo con i metodi comunemente disponibili, molto più intensivi in termini di hardware. Dato che il nuovo chip del team è facilmente trasportabile, ritengono che vedrà una maggiore applicazione della micro-TAS nella diagnosi clinica al capezzale o nell'analisi ambientale sul campo.
Ulteriori informazioni: Kuizhi Qu et al, Sviluppo di un metodo di quantificazione della proteina C-reattiva basato sulla misurazione della portata di una soluzione di inchiostro espulsa dal gas ossigeno generato dalla reazione della catalasi, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06108-z
Fornito dalla Tokyo Metropolitan University
