Negli ultimi anni, la microfluidica è emersa come una tecnologia rivoluzionaria per l’analisi biologica e la diagnostica medica, consentendo il controllo e la manipolazione precisi dei fluidi su microscala. Allo stesso tempo, le sfere magnetiche funzionalizzate sono diventate uno strumento indispensabile per la cattura selettiva e l'arricchimento degli analiti target.
L'integrazione della microfluidica e delle sfere magnetiche può trarre vantaggi sinergici per migliorare le prestazioni del test. Tuttavia, la realizzazione di questo potenziale richiede tecniche innovative per controllare attivamente le sfere magnetiche all'interno dei dispositivi microfluidici.
Di fronte allo sviluppo dell'attuale tecnologia di controllo magnetico, il team dei professori Jianlong Zhao e Shilun Feng dell'Istituto di microsistemi e tecnologia dell'informazione di Shanghai, Accademia cinese delle scienze, ha effettuato una categorizzazione dettagliata e un'introduzione sui meccanismi di manipolazione delle sfere magnetiche nei chip microfluidici. L'articolo "Magnetic Beads Manipulation in Microfluidic Chips for Biological Application" è stato pubblicato sulla rivista Cyborg and Bionic Systems il 14 aprile 2023.
"La manipolazione magnetica combinata con la microfluidica ha raccolto notevole attenzione perché esistono diversi punti d'incontro tra due tecnologie, come l'ampio rapporto superficie-volume e la controllabilità", hanno affermato gli autori. "In questo documento di revisione, intendiamo presentare una panoramica completa e approfondita della recente manipolazione delle sfere magnetiche nei chip microfluidici e della sua applicazione biologica."
Gli autori dello studio hanno classificato le tecniche di manipolazione delle sfere magnetiche nella microfluidica in cinque tipi principali:magnetoforesi, catene di sfere magnetiche, letto fluido magnetico, goccioline magnetiche e sfere magnetiche nel micropozzetto.
Questi metodi presentano diversi vantaggi applicativi a seconda degli stati di movimento e degli scopi di rilevamento delle sfere magnetiche. Ad esempio, la magnetoforesi utilizza campi magnetici non uniformi per il movimento orientato, le catene di sfere magnetiche formano strutture a catena per la fissazione o la manipolazione, i letti fluidizzati magnetici ottengono la fluidificazione delle sfere magnetiche per migliorare la cattura del bersaglio, le goccioline magnetiche conducono operazioni biochimiche su goccioline contenenti particelle magnetiche. le sfere e le matrici di micropozzetti immobilizzano singole sfere magnetiche per il rilevamento di singole molecole.
"Il ruolo principale delle sfere magnetiche in questi lavori era in realtà quello di trasportare molecole di riconoscimento biologico per catturare specifici biomarcatori. In realtà, le sfere magnetiche possono anche essere utilizzate come segnale di uscita", hanno detto gli autori. E in questa recensione sono stati forniti alcuni esempi e i vantaggi dell'utilizzo della sfera magnetica direttamente come uscita del segnale.
"Sebbene il sistema di manipolazione magnetica sia stato ampiamente sviluppato, presenta ancora molte sfide da affrontare per le applicazioni industriali e cliniche", ha affermato Feng, sottolineando che l'attuale capacità di elaborazione dei campioni dei chip magneto-microfluidici è ancora bassa e non può soddisfare le esigenze di test clinici su larga scala.
È ancora urgentemente necessaria una piattaforma di manipolazione magnetica con feedback ad anello chiuso completamente automatizzata poiché i sistemi attuali si basano principalmente su algoritmi di controllo ad anello aperto e potrebbero eseguire il controllo magnetico solo mediante un determinato insieme di parametri predeterminati.
Gli autori affermano che anche l'uniformità dimensionale delle sfere magnetiche utilizzate nel sistema microfluidico è un problema critico ed è importante sviluppare tecniche innovative di separazione delle particelle per ottenere uno smistamento accurato delle sfere magnetiche con una determinata dimensione.
Gli autori dell'articolo includono Gaozhe Cai, Zixin Yang, Yu-Cheng Chen, Yaru Huang, Lijuan Liang, Shilun Feng, Jianlong Zhao.
Ulteriori informazioni: Gaozhe Cai et al, Manipolazione di sfere magnetiche in chip microfluidici per applicazioni biologiche, Cyborg e sistemi bionici (2023). DOI:10.34133/cbsystems.0023
Informazioni sul giornale: Cyborg e sistemi bionici
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