Un chip di silicio raccoglie e sposta selettivamente le molecole biologiche precorrendo i tempi della preparazione automatizzata e a basso costo dei campioni per la diagnostica medica
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Geneva, 30 novembre 2006 -
La STMicroelectronics, leader mondiale nella fornitura di dispositivi
microfluidici, ha annunciato di aver progettato il prototipo completo di un
dispositivo in grado di raccogliere e manipolare specifiche molecole
biologiche. Unito alla consolidata tecnologia della ST
"laboratory-on-chip" (un laboratorio completo su chip), il progetto di
ricerca della ST apre la strada allo sviluppo di chip "usa e getta" a
basso costo che automatizzano e accelerano le operazioni di preparazione,
analisi e valutazione dei campioni biologici in ambito sanitario e
medico-legale.
Le più avanzate piattaforme biotecnologiche attualmente disponibili, come i
dispositivi “lab-on-chip” In-Check™ della ST, facilitano la diagnosi di
particolari malattie o il monitoraggio del cibo e dell'acqua alla ricerca di
contaminanti batterici, poiché permettono di identificare rapidamente del
materiale genetico particolare in campioni biologici liquidi. Tuttavia, la
preparazione dei campioni è un processo ancora relativamente lungo che richiede
grandi quantità del campione e deve essere eseguita in laboratorio, mediante
tecniche che richiedono personale esperto, e risultano complesse e costose
qualora siano disponibili piccole quantità di campione biologico. L’obiettivo
del programma di ricerca della ST è l’esplorazione di nuovi metodi per
automatizzare la preparazione dei campioni, in modo che sia possibile estrarre
rapidamente le molecole biologiche interessanti dal materiale organico “grezzo”
prelevato, come la saliva, il sangue o tessuti bioptici, per utilizzarle come
input per la diagnostica tramite lab-on-chip.
Maria Teresa Gatti, Direttore per la Ricerca e l’Innovazione dell’Advanced
System Technology della STMicroelectronics, ha affermato: "Il mercato delle
apparecchiature diagnostiche sta evolvendo verso dispositivi completamente
automatici, economici, e che possono essere usati direttamente là dove
servono".
Anton Hofmeister, Group VP e Direttore Generale della Divisione
Microfluidica della STMicroelectronics, ha affermato: "La tecnologia per la
preparazione dei campioni, integrata con la piattaforma lab-on-chip
In-CheckTM della ST, ci permetterà di realizzare sistemi a basso
costo, facili da utilizzare, per eseguire analisi diagnostiche al di fuori dei
laboratori specializzati, per esempio direttamente negli ospedali o addirittura
presso gli ambulatori medici."
La tecnica utilizzata dalla ST è basata sul metodo noto come
dielettroforesi, in cui un campo elettrico viene utilizzato per separare le
particelle biologiche contenute in una soluzione conduttiva. La definizione
precisa dei parametri fisici ed elettrici permette un controllo accurato del
movimento delle particelle target. Lo scopo del progetto della ST è stato
quello di dimostrare che questa tecnica può essere utilizzata per scopi
pratici. I vantaggi potenziali sono la possibilità di isolare cellule presenti
con una bassa concentrazione, l’aumento della densitàdi cellule nella soluzione
e la possibilità di estrarre il DNA dal nucleo delle cellule, oltre a
permettere la preparazione di campioni direttamente sul campo da parte di
personale non specializzato. I ricercatori hanno dimostrato con successo che il
controllo delle tensioni applicate ai diversi elettrodi permette di radunare le
cellule in una specifica regione e spostarle poi in un’altra regione, in
entrambe le direzioni. Il progetto di ricerca della ST si basa su un precedente
progetto di ricerca congiunto tra la ST e la Società Evotec Technologies
GmbH.
I dettagli del progetto di ricerca sono stati illustrati al NANOMEC06
Symposium on Materials Science & Materials Mechanics at the Nanoscale
presso il Politecnico di Bari, con una relazione presentata da Marco
Bianchessi, Sarah Burgarella ed Anna Zocco dell' Advanced Systems Technology
della ST.
Alcune informazioni sulla STMicroelectronics
La STMicroelectronics è leader a livello globale dallo sviluppo
alla consegna, nelle soluzioni a semiconduttore per tutta la gamma di
applicazioni microelettroniche. Grazie ad un'ineguagliata combinazione
di esperienza nel silicio e nei sistemi, grandi capacità manifatturiere,
portafoglio di proprietà intellettuale e partner strategici,
l'azienda è all'avanguardia nella tecnologia del System-on-Chip
(sistema completo su singolo chip) e i suoi prodotti hanno un ruolo
essenziale nel rendere possibile l'attuale convergenza di applicazioni
e mercati. Le azioni della Società sono quotate al New York Stock
Exchange, a Euronext Paris e alla Borsa Italiana. Nel 2005 i ricavi
netti della Società sono stati pari a 8,88 miliardi di dollari
e gli utili netti a 266 milioni di dollari. Per ulteriori informazioni
sulla STMicroelectronics consultare il sito www.st.com.
Ultimo aggiornamento gennaio 2006
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Note tecniche
- La dielettroforesi è un fenomeno in cui campi elettrici non uniformi
esercitano una forza su un dipolo indotto dal campo su particelle neutre. Le
particelle con polarizzabilità più elevata del fluido in cui sono sospese sono
sottoposte ad una dielettroforesi positiva e si muovono verso regioni con il
più alto gradiente di campo. Le particelle meno polarizzabili del fluido in cui
sono inserite sono soggette a una dielettroforesi negativa e si muovono verso
regioni a bassa concentrazione di campo elettrico.
- Il sistema è stato realizzato utilizzando una tecnologia compatibile con la
tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems, sistemi
micro-elettro-meccanici) che la ST utilizza per i dispositivi lab-on-chip
In-Check™. Il prototipo del chip di silicio contiene un piccolo canale, che
misura circa 1mm di lunghezza, 0,1mm di larghezza e 50μm di altezza (un capello
umano ha un diametro di circa 100μm) riempito con una soluzione che contiene le
molecole di interesse. In fondo al canale, una matrice di piccoli elettrodi di
platino (25μm di larghezza, a intervalli di 25μm) fornisce un controllo preciso
della disposizione del campo elettrico nel canale e quindi delle forze
applicate alle molecole biologiche.
- Il funzionamento del sistema prototipale è stato collaudato utilizzando una
miscela di globuli bianchi umani (B-linfociti) e microscopiche palline di
polistirene di dimensioni analoghe sospese in una soluzione PBS
(Phosphate-Buffered Saline). In assenza di tensione applicata, i linfociti B e
i granuli di polistirene si distribuiscono in maniera casuale nel canale.
Quando viene applicato il segnale elettrico alla matrice di elettrodi, i
globuli bianchi si raccolgono alla periferia degli elettrodi, e si separano
dalle sferette di polistirene sospese nella stessa soluzione PBS. I ricercatori
hanno osservato il movimento delle particelle utilizzando un normale
microscopio diretto dotato di videocamera.
- La tecnologia è coperta dalla domanda di brevetto ST-Evotec 05108445.7
(Europa) e 11/531679 (USA).
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