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Brownian Motor Based Virus Detection

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Il nottolino browniano è in grado di trovare virus nascosti nell’acqua

Un metodo innovativo per la concentrazione di particelle in un campione offre una strada semplice e veloce per rilevare minuscole quantità di contaminazione virale.

Salute

Rilevare particelle estremamente diluite in sistemi nanofluidici è un’operazione complessa a causa del lento tasso di diffusione, che limita la velocità con cui la particella di interesse incontra un sensore. Il progetto MoViD, finanziato dall’UE, ha utilizzato il trasporto attivo per convogliare le particelle di interesse verso un sensore, potenzialmente ottenendo livelli di sensibilità impossibili da raggiungere in precedenza. Anche solo dieci particelle virali in un litro d’acqua sono in grado di provocare un’infezione, ma la contaminazione non può essere rilevata per quantità così limitate di virus. Generalmente, i campioni di acqua potabile sono pre-filtrati e concentrati fino a 1 000 volte per raccogliere un numero di particelle virali abbastanza elevato da essere rilevato attraverso il fingerprinting genetico.

Sensibilità attomolare

Il dispositivo di prova di concetto ideato da Armin Knoll e dal suo team presso IBM Research Europe in Svizzera impiega canali nanometrici per separare gli oggetti in base alla dimensione, prima di trasportarli attivamente verso i serbatoi di rilevazione. La procedura permette di ottenere sensibilità a concentrazioni attomolari: ciò equivarrebbe a rilevare un litro di tintura versato nel Mar Mediterraneo. «Il trasporto attivo è in grado di trovare tutti gli elementi in questione a partire da un determinato volume di fluido e di trasportarli verso il rilevatore», afferma Knoll. «Localmente potenziamo la concentrazione delle particelle di diversi ordini di grandezza». Per raggiungere tale obiettivo, il team ha creato quello che chiama un motore browniano oscillante. Il termine moto browniano si riferisce al movimento casuale oscillante effettuato dalle nanoparticelle in soluzione spinte avanti e indietro da molecole d’acqua. Il motore funziona attraverso uno schema seghettato inciso sulla superficie del dispositivo nanofluidico, che permette a queste particelle di muoversi in una direzione, ma non nell’altra.

Paesaggio energetico

«Se si costringe la particella tra la geometria del nottolino e la superficie del vetro, si formerà un paesaggio energetico», spiega Knoll. «Successivamente viene applicato un campo elettrico per rimuovere le particelle dal loro stato di equilibrio e per muoverle». Calibrando attentamente la carica applicata al campione, il team è riuscito a muovere selettivamente le particelle di una data dimensione, focalizzando la concentrazione a gradino nelle particelle virali. Il processo equivale a scuotere un vasetto di frutta secca mista, un’azione che porta i frutti più grandi a migrare verso la cima e quelli più piccoli verso il fondo. «In un’ora riusciamo a intrappolare tutti i virus presenti in un campione di 5 microlitri», osserva Knoll. Il gruppo di ricerca utilizza anche dei metodi ottici basati sulla microscopia interferometrica per rilevare i virus concentrati e determinarne il numero. Inoltre, una volta che le particelle virali sono state concentrate, possono essere recuperate dal dispositivo nanofluidico per un’ulteriore elaborazione.

Nuovi limiti

Il progetto è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca. «Senza questo finanziamento non avremmo potuto iniziare a lavorare in questa direzione», afferma Knoll. «Stiamo compiendo progressi, ma non siamo ancora giunti all’obiettivo: siamo in grado di rilevare i virus, ma non riusciamo ancora a dimostrarne la concentrazione». Il ricercatore aggiunge: «Ora vogliamo scoprire i limiti di ciò che è possibile rilevare, di cosa può essere costruito e di quale sensibilità può essere raggiunta». Il lavoro svolto vuole contribuire a far luce su come i virus si diffondono nell’ambiente, fornendo un monitoraggio continuo degli acquedotti senza i lunghi processi di analisi genetica e di concentrazione. Un’altra possibilità attualmente indagata da parte dei ricercatori è quella di rilevare i virus in fluidi più complessi, come i campioni di sangue.

Parole chiave

MoViD, virus, diluito, attomolare, soluzione, browning, moto, nottolino, interferometrico, elettrico, campo

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