I ricercatori OIST creano prototipi di microfluidici modulari stampati in 3D per i test point-of-care
I comuni kit di test della qualità dell’acqua in loco e i test delle malattie delle infezioni a casa richiedono in genere all’utente di fare tutto il lavoro: raccogliere campioni di fluido, misurare e miscelare i reagenti, eseguire test, ecc. attendere i risultati, aumenta il rischio di falsi positivi, biocontaminazione e analisi imprecise. Tuttavia, possono verificarsi tempi di attesa più lunghi e costi più elevati se si scelgono risultati più precisi inviando campioni fluidi pre-elaborati a un laboratorio. Sembra una situazione senza vittorie, giusto?
I ricercatori Shivani Sathish, Kazumi Toda-Peters e Amy Q. Shen con l’Okinawa Institute of Science and Technology ( OIST ) in Giappone hanno recentemente pubblicato un documento, intitolato ” Protot-of-concept prototipo modulare di gestione dei fluidi integrato con moduli di analisi biochimiche microfluidiche per test point-of-care “sul loro lavoro di creazione di un sistema prototipo modulare per diagnosi accurate, rapide e riproducibili che hanno un ridotto rischio di contaminazione.
“Le grandi popolazioni di tutto il mondo soffrono di numerosi ma curabili problemi di salute, causati da scelte di vita o fattori ambientali. Negli ultimi decenni, sono stati sviluppati kit di test point-of-care per eludere la dipendenza dai laboratori, consentendo agli utenti di eseguire test preliminari sulla salute o sull’ambiente dalla privacy delle loro case. Tuttavia, questi kit si basano fortemente sulla precisione dell’utente per eseguire le procedure, portando ad una maggiore variabilità nelle valutazioni finali ”, ha scritto il trio. “Per eliminare gli errori indotti dall’utente, presentiamo un prototipo di test point-of-care integrato, completamente sigillato e monouso che sfrutta i vantaggi della microfluidica e delle tecniche di fabbricazione della stampa 3D. Il prototipo modulare di dimensioni di un palmo è costituito da un dispositivo di gestione dei fluidi azionato manualmente che consente una miscelazione precisa,
Un modulo del dispositivo di gestione dei fluidi (FHD) è il primo componente del loro sistema e consente di raccogliere e miscelare un campione di fluido con reagenti precaricati, quindi filtrarlo, raccogliere gli scarti di fluido e portare il campione processato al secondo componente , un dispositivo di analisi microfluidica di bordo. La contaminazione causata dall’utente è ridotta in questo sistema sigillato e consente di ottenere risultati precisi in pochi minuti.
“L’FHD è il modulo base per il nostro sistema di test point-of-care, dove funge da piattaforma per proteggere diversi moduli di analisi / rilevamento per i successivi test biochimici. La cartuccia di conservazione dei reagenti è in grado di contenere da 1 a 3 ml di reagenti primari, utilizzati per la diluizione dei campioni e l’adescamento per il test biochimico “, hanno scritto.
Ecco come funziona: le parti inferiori dell’FHD sono bloccate con le parti superiori – costituite da reagenti secondari impiegati durante il dosaggio – una volta depositato un campione di fluido. L’utente quindi abbassa le linguette della cartuccia tampone per diluire e miscelare la soluzione. Ciò provoca una pressione del vuoto, che forza i reagenti primari a fluire nella camera di miscelazione per miscelare e diluire il campione. Quindi, il campione passa attraverso la parte superiore dell’FHD per la filtrazione e l’analisi nel modulo di analisi microfluidica; contemporaneamente, il fluido di scarto viene raccolto in un’unità separata. Una fase di compressione finale fornisce i reagenti secondari al modulo del test microfluidico: questo termina il test e consente all’utente di vedere i risultati.
I ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D Form 2 per creare il corpo dell’FHD con resina fotocurabile V4 bianca. Per garantire un’erogazione fluida senza perdite, i componenti personalizzati scorrono concentrici l’uno nell’altro, grazie a un sistema pistone / cilindro.
“Come caso di studio, abbiamo condotto saggi biochimici per rilevare anticorpi specifici per le infezioni batteriche da Chlamydia trachomatis utilizzando il nostro prototipo integrato”, hanno spiegato. “In particolare, i campioni di tampone drogati con anticorpi di immunoglobulina G (IgG) specifici per C. trachomatis 3 sono stati miscelati con anticorpi di bordo fluorescente marcati a bordo nell’FHD e dosati in dispositivi di dosaggio microfluidici poli (metilmetacrilato) (PMMA), modellati con esterno maggiore antigenico proteine di membrana (MOMP) di C. trachomatis . 4 Concentrazioni variabili (125 ng / mL – 2 µg / mL) di IgG anti-MOMP potrebbero essere rilevate e differenziate in modo riproducibile dai campioni negativi utilizzando il nostro prototipo alimentato manualmente entro 15 min. “
Hanno usato PBS come controllo negativo. Sei set individuali di FHD sono stati immersi in un tampone bloccante N101 a 4 ° C per 15 ore per gli “studi non specifici sull’adsorbimento proteico”.
“I campioni sono stati caricati sulla parte inferiore dell’FHD e miscelati con il tampone reagente primario (2 mL) comprendente anticorpi di rilevazione marcati con fluorescenza”, ha scritto il team.
Una strategia di bio-funzionalizzazione potenziata con plasma ad aria è stata utilizzata per fabbricare un modulo di analisi della clamidia microfluidica e sono stati formati microcanali con un laser cutter ad anidride carbonica. MOMP è stato incollato su strisce di PMMA da un lato e strisce di PMMA pulite con IPA dall’altro. Un peso / volume dell’1% di albumina sierica bovina è stato usato per prevenire l’adsorbimento non specifico delle proteine e bloccare le superfici nude dei microcanali in PMMA, che erano attaccate alla parte superiore dell’FHD.
I campioni miscelati, dopo essere stati filtrati attraverso la parte superiore dell’FHD, sono stati consegnati ai moduli di test microfluidici modellati MOMP. Dopo aver lavato il test per eliminare eventuali biomolecole non legate, il team ha utilizzato uno spettrofotometro per quantificare le “concentrazioni di anticorpi negli eluati”.
“Gli strati interni del corpo FHD hanno mostrato un minimo assorbimento proteico non specifico, con una differenza insignificante tra le unità bloccate e incontaminate (Figura 1C )”, hanno spiegato. “Come mostrato nella Figura 1 D, il prototipo integrato ha consentito il rilevamento di IgG anti-MOMP con un intervallo di concentrazione lineare di 125 ng / mL – 2 µg / mL e un limite di rilevazione 8 di 1,05 µg / mL.”
I ricercatori sono stati costantemente in grado di dire la differenza tra il test e i controlli negativi, il che prevede che il loro prototipo ha un elevato potenziale per le applicazioni nei test point-of-care.
“In futuro, prevediamo l’inclusione di camere di analisi microfluidiche multiplex in un singolo dispositivo, per consentire il rilevamento di più bioanaliti da un singolo campione, riducendo così sia il tempo di test (<30 min) sia il costo (<US $ 25 per più test), per test discreti a domicilio “, hanno concluso i ricercatori.
Questo prototipo 3D stampato unisce molti altri microfluidica , acqua-test e test di dispositivi medici che stanno facendo questo tipo di ricerca meno costoso e richiede molto tempo.
