Introduzione
Nel mondo delle scienze della vita, i dispositivi lab-on-a-chip sono diventati strumenti fondamentali per analisi e diagnostica avanzata. Tra le loro applicazioni, l'analisi del materiale genetico tramite elettroforesi su chip è particolarmente rilevante. Tuttavia, la creazione di questi dispositivi ha tradizionalmente comportato l'uso di materiali costosi e processi di fabbricazione complessi. Oggi, grazie ai progressi nella stampa 3D, è possibile rivoluzionare questo campo. In questo articolo esploreremo un'innovazione significativa: il primo lab-on-a-chip stampato in 3D inkjet, progettato per l'analisi del DNA mediante elettroforesi su gel.
Cosa è un Lab-on-a-Chip?
Un dispositivo lab-on-a-chip integra numerosi processi di laboratorio in un'unica unità compatta. Questi chip consentono di eseguire test e analisi con una precisione e una velocità senza precedenti. Tradizionalmente realizzati in vetro o polimeri attraverso tecniche di microingegneria, questi chip possono ora essere prodotti con tecnologia di stampa 3D, offrendo notevoli vantaggi in termini di costi e tempo di produzione.
Figura: Realizzazione del chip microfluidico per l'elettroforesi su gel: a) mediante tecnica di microingegneria del vetro, b) mediante stampa 3D a getto d'inchiostro.
Innovazione della Stampa 3D nel Lab-on-a-Chip
Recentemente, il Wrocław University of Science and Technology ha presentato il primo lab-on-a-chip stampato in 3D tramite inkjet per l'analisi del DNA. Questa innovazione rappresenta un passo avanti significativo nella microfluidica e nella fabbricazione dei chip.
I principali vantaggi includono:
- Tempo di Produzione Ridotto: La stampa 3D consente di progettare e produrre un chip in meno di 3 ore, rispetto ai giorni necessari per i metodi tradizionali.
- Costi Inferiori: Il costo di produzione per chip è inferiore a 1 EUR, rendendo l'analisi del DNA più accessibile.
- Configurazione Personalizzabile: Gli utenti possono definire configurazioni personalizzate del chip secondo le proprie esigenze specifiche.
Il Funzionamento del Chip
Il chip sviluppato utilizza l'elettroforesi capillare su gel per separare le frazioni di DNA. Ecco come funziona:
- Introduzione del Campione: Il campione di DNA viene introdotto in un microcanale.
- Separazione per Elettroforesi: Un campo elettrico separa le frazioni di DNA in base alla loro dimensione e carica.
- Rilevazione: Alla fine del microcanale, i frammenti di DNA etichettati vengono rilevati tramite fluorescenza.
- Questo processo consente di separare frammenti di DNA da 50 a 800 paia di basi (bp) in meno di 10 minuti.
Figura: Principio di separazione nel microcanale: a) introduzione del campione nel microcanale, b) inizio della separazione guidata dalla tensione,
c) frazioni separate della miscela di DNA, d) rilevazione della fluorescenza alla fine del canale di separazione, e) elettroforegrafia dell'analisi della miscela di DNA.
Figura: Progettazione del chip: a) disegno Cad, b) esportazione in file geometrico -.Stl, c) struttura pronta.
Risultati e Applicazioni Future
Il chip stampato in 3D ha dimostrato un'efficace separazione del DNA e una chiara visualizzazione dei risultati. Gli esperimenti hanno confermato che la separazione avviene con precisione e rapidità, fornendo un potente strumento per le analisi genetiche.
Figura: Analisi passo-passo del campione di DNA: a - c) introduzione del campione nel microcanale di iniezione e iniezione del campione nel microcanale di separazione. d) vista del chip durante la procedura di rilevamento ottico.
Vantaggi dell'Innovazione:
- Ottimizzazione Rapida: La stampa 3D permette di testare e ottimizzare facilmente nuove configurazioni del chip.
- Applicazioni Ampliate: Questa tecnologia potrebbe essere estesa ad altri tipi di analisi e a dispositivi diagnostici più complessi.
Conclusioni
La stampa 3D rappresenta una rivoluzione nel campo dei dispositivi lab-on-a-chip, offrendo soluzioni economiche e rapide per l'analisi del DNA. Questo approccio innovativo non solo abbassa i costi e accelera la produzione, ma apre anche la strada a una maggiore personalizzazione e adattabilità dei dispositivi. Con ulteriori ottimizzazioni e sviluppi, il lab-on-a-chip stampato in 3D potrebbe diventare uno strumento fondamentale nella diagnostica e nella ricerca genetica.
Per ulteriori dettagli sullo studio, fare affidamento all'articolo originale. Qui i riferimenti:
K. Adamski, W. Kubicki, R. Walczak,
3D Printed Electrophoretic Lab-on-chip for DNA Separation,
Procedia Engineering,
Volume 168,
2016,
Pages 1454-1457,
ISSN 1877-7058,
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.416.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705816337304)
