La miniaturizzazione sta rapidamente ridisegnando il campo della biochimica, con tecnologie emergenti come la microfluidica e i dispositivi "lab-on-a-chip" che stanno conquistando il mondo. Le reazioni chimiche che normalmente venivano condotte in flaconi e tubi possono ora essere eseguite all'interno di minuscole goccioline d'acqua non più grandi di pochi milionesimi di litro. Particolarmente, nelle tecniche di sandwich array di gocce, tali minuscole goccioline sono disposte ordinatamente su due superfici piane parallele opposte l'una all'altra. Avvicinando abbastanza la superficie superiore a quella inferiore, ogni goccia superiore entra in contatto con la goccia inferiore opposta, scambiare sostanze chimiche e trasferire particelle o persino cellule. In modo abbastanza letterale, queste goccioline possono fungere da piccole camere di reazione o colture cellulari, e possono anche svolgere il ruolo di strumenti per la gestione dei liquidi come le pipette, ma su scala molto più piccola.

Il problema con l'interposizione di array di goccioline è che non esiste un controllo individuale delle goccioline; una volta abbassata la superficie superiore, ogni goccia sulla superficie inferiore fa necessariamente contatto con una sulla superficie superiore. In altre parole, questa tecnologia è limitata alle operazioni batch, che ne limita la versatilità e lo rende più costoso. Potrebbe esserci un modo semplice per selezionare quali gocce devono entrare in contatto quando le superfici vengono avvicinate?

Grazie al professor Satoshi Konishi e ai suoi colleghi della Ritsumeikan University, Giappone, la risposta è un sonoro sì. In un recente studio pubblicato su Rapporti scientifici , questo team di scienziati ha presentato una nuova tecnica che consente di selezionare individualmente le goccioline per il contatto nel sandwich di array di goccioline. L'idea alla base del loro approccio è piuttosto semplice:se potessimo controllare l'altezza delle singole gocce sulla superficie inferiore per far sì che alcune siano più alte di altre, potremmo avvicinare entrambe le superfici in modo tale che solo quelle goccioline entrino in contatto con le loro controparti risparmiando il resto. Come questo è stato effettivamente raggiunto, però, era un po' più complicato.

I ricercatori avevano precedentemente tentato di utilizzare l'elettricità per controllare la "bagnabilità" del materiale dielettrico nell'area al di sotto di ogni goccia. Questo approccio, noto come "elettrowetting-on-dielectric (EWOD), " permette di alterare leggermente l'equilibrio delle forze che tiene insieme una goccia d'acqua quando è appoggiata su una superficie. Applicando una tensione elettrica sotto la goccia, è possibile farlo allargare leggermente, aumentando la sua area e riducendo la sua altezza. Però, il team ha scoperto che questo processo non era facilmente reversibile, poiché le goccioline non avrebbero recuperato spontaneamente la loro altezza originale una volta tolta la tensione.

Per affrontare questo problema, hanno sviluppato un elettrodo EWOD con un modello idrofilo-idrofobico. Quando l'elettrodo è acceso, il procedimento precedentemente descritto fa si che la gocciolina sopra di essa si diffonda e si accorcia. Al contrario, quando l'elettrodo è spento, la parte idrofoba esterna dell'elettrodo respinge la gocciolina mentre la parte idrofila interna la attrae. Questo ripristina la forma originale, e altezza, della gocciolina.

I ricercatori hanno mostrato il loro metodo disponendo più elettrodi EWOD sulla superficie inferiore di una piattaforma a sandwich con array di gocce. Applicando semplicemente la tensione agli elettrodi selezionati, potevano facilmente scegliere quali coppie di goccioline entravano in contatto quando la piattaforma superiore veniva abbassata. Nella loro dimostrazione, hanno trasferito il colorante rosso dalle goccioline superiori solo ad alcune delle goccioline inferiori. "Il nostro approccio può essere utilizzato per impostare elettricamente contatti individuali tra goccioline, permettendoci di controllare senza sforzo la concentrazione di sostanze chimiche in queste goccioline o persino di trasferire cellule viventi da una all'altra, " spiega il prof. Konishi.

Questo studio apre la strada alla combinazione potenzialmente fruttuosa di tecniche di gestione delle gocce e automazione. "Prevediamo che la tecnologia lab-on-chip che utilizza le goccioline sostituirà le operazioni manuali convenzionali utilizzando strumenti come pipette, migliorando così l'efficienza dello screening farmacologico. A sua volta, questo accelererà il processo di scoperta di farmaci, " sottolinea il Prof. Konishi. Aggiunge che coltivando cellule in goccioline pendenti, che è stato utilizzato nel campo della biologia cellulare, renderà anche la valutazione cellulare di farmaci e prodotti chimici più economica e veloce, rappresentano uno strumento prezioso per la biochimica e la biologia cellulare.

Speriamo che i frutti di questa tecnologia "cadano" dietro l'angolo.