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Un chip cambia il modo in cui separa le cellule con il calore
Un gruppo dell’Institute of Science Tokyo ha sviluppato un chip microfluidico capace di modificare con il calore il proprio sistema di separazione. Il dispositivo, descritto sulla rivista Lab on a Chip, ha smistato particelle di dimensioni diverse e cellule vitali presenti in sangue diluito usando un solo canale. La configurazione può essere cambiata regolando la temperatura, senza fabbricare un nuovo chip per ogni miscela da analizzare.
Il sistema utilizza la deterministic lateral displacement (DLD), una tecnica nella quale le particelle scorrono attraverso file sfalsate di pilastri microscopici. Quelle più grandi di una determinata soglia vengono deviate lateralmente a ogni incontro, mentre quelle più piccole seguono un percorso a zigzag tra gli spazi. Nei dispositivi convenzionali questa soglia dipende dalla geometria dei pilastri e rimane fissa dopo la fabbricazione.
I ricercatori hanno sostituito i pilastri rigidi con strutture di poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), un idrogel sensibile alla temperatura. A temperature inferiori i micropilastri si gonfiano, restringendo i passaggi; quando il calore aumenta si contraggono e lasciano spazi più ampi. Due elementi Peltier, collocati alle estremità del canale, creano un gradiente termico che assegna soglie di separazione differenti alle varie zone del dispositivo.
Durante le prove con sfere di polistirene da 13,0, 9,94 e 5,65 micrometri, il chip ha prodotto tre frazioni di uscita con purezze rispettivamente del 92,9%, 90,0% e 97,8%. Un secondo esperimento con quattro diametri ha mostrato la riconfigurabilità del sistema: tra 23 e 25 °C le due popolazioni più grandi sono state raggruppate, mentre le altre sono state separate; spostando l’intervallo a 24–26 °C, le popolazioni grandi sono state divise e quelle piccole riunite.
Il gruppo ha poi analizzato sangue intero diluito al quale erano state aggiunte cellule tumorali MCF-7, provenienti da una linea di carcinoma mammario. Il chip ha indirizzato cellule tumorali, globuli bianchi e globuli rossi verso uscite distinte. Dopo il trattamento, il 94,8% delle cellule MCF-7 processate risultava ancora vitale, un parametro essenziale quando le cellule devono essere studiate successivamente.
I risultati non equivalgono però alla validazione di un esame clinico. Gli esperimenti sono stati condotti su campioni di sangue diluito e preparati in laboratorio, mentre le cellule reali possono deformarsi e cambiare orientamento durante il passaggio. Per questo la dimensione critica calcolata dalla geometria rappresenta un riferimento progettuale, non una soglia universale valida per ogni tipo cellulare.
Gli autori intendono aumentare la quantità di campione trattabile e il numero di uscite, introducendo ulteriori zone termiche, canali paralleli e sensori di temperatura integrati. Se queste prestazioni verranno confermate su campioni più complessi, un singolo dispositivo riconfigurabile potrebbe ridurre il numero di passaggi necessari nella preparazione di campioni per ricerca biomedica, diagnostica e terapie basate sulle cellule.
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