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Pilot line for paper based electrochemical test strips dedicated to quantitative biosensing in liquids

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Schede di test cartacee per distinguere le infezioni virali da quelle batteriche

Un test cartaceo semplice, rapido ed economico consente di fornire diagnosi presso i punti di assistenza.

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Le analisi presso il punto di assistenza (PoC, Point of care) rappresentano un notevole beneficio in ambito sanitario per i pazienti e i professionisti a livello globale, permettendo di usufruire di tempi di elaborazione rapidi e di produrre risultati accurati. Esse fanno spesso affidamento sui test immunologici a flusso laterale, nei quali i biomarcatori vengono rilevati su una membrana di nitrocellulosa. Sebbene i settori in cui si applica la diagnostica cartacea siano in aumento e nonostante il fatto che questi test siano inoltre poco costosi ed ecocompatibili, le informazioni fornite sono solitamente di tipo qualitativo.

Rilevamento elettrochimico su una scheda di test cartacea

Il progetto IMPETUS, finanziato dall’UE, intende rivoluzionare il campo delle analisi decentrate mediante la produzione di biosensori elettrochimici basati su carta in grado di fornire una lettura di matrice quantitativa. «Il nostro sistema impiega schede per test monouso che combinano la semplicità dei test a flusso laterale alla capacità di rilevare i biomarcatori a livello quantitativo nei liquidi campione», spiega Rainer Hainberger, il coordinatore del progetto. Il consorzio del progetto ha sostituito la nitrocellulosa, un composto ampiamente utilizzato nei dispositivi commerciali a flusso laterale, a causa dell’elevata fragilità che non ne consente una lavorazione efficiente. Al suo posto gli scienziati hanno utilizzato una tipologia speciale di carta, sviluppata nell’ambito del progetto, che permette una fabbricazione ad alto rendimento e la possibilità di integrare un microchip in silicio in grado di agevolare l’acquisizione dei segnali elettrochimici. In tal modo i biomarcatori possono essere misurati in termini quantitativi. IMPETUS ha attuato processi di stampa serigrafica, flessografica e a getto d’inchiostro, nonché un nuovo metodo per il montaggio dei chip che permette di produrre la scheda di test con tecnologia roll-to-roll in un impianto pilota per la fabbricazione in linea. Mediante l’uso degli appropriati materiali per la realizzazione dell’anodo e del catodo, è stata inoltre sviluppata una batteria cartacea. Il consorzio ha implementato e collaudato vari prototipi della scheda stampata per il biorilevamento. I dati derivanti dalla lettura delle misurazioni vengono trasferiti via wireless tramite un’interfaccia per smartphone standardizzata, compiendo un progresso significativo rispetto ad alti dispositivi a flusso laterale che si avvalgono della lettura ottica per mezzo, ad esempio, di fotocamere installate nei cellulari, un approccio specifico al tipo di telefono e sensibile alle condizioni di luce ambientale. Per di più, la scheda di test cartacea realizzata da IMPETUS utilizza solo materiali sostenibili e non impiega la plastica, configurandosi pertanto come soluzione ecocompatibile. Le schede sono inoltre efficaci in termini di costi, in quanto sono prodotte a partire da processi di stampa e assemblaggio roll-to-roll.

Distinguere tra infezioni batteriche e virali

Come esempio di applicazione, IMPETUS soddisferà l’esigenza dei consumatori di rilevare le infezioni virali e batteriche presso i punti di assistenza in modo rapido ed economico. Il consorzio ha sviluppato test immunologici compatibili che consentono il rilevamento quantitativo di due biomarcatori molecolari nel sangue. Questo caso d’uso si discosta dall’applicazione convenzionale dei dispositivi a flusso laterale per l’analisi di singoli parametri in maniera non quantitativa, come accade ad esempio con i test di gravidanza o i test dell’antigene per la COVID-19. Al contrario, sulla base di un rilevamento quantitativo dei due biomarcatori, la soluzione fornisce al professionista la facoltà di distinguere tra infezioni batteriche e virali, che spesso sono caratterizzate da sintomi analoghi, ma richiedono un trattamento differente. «IMPETUS porta il laboratorio nello studio medico», sottolinea con entusiasmo Hainberger. Versando solamente alcune gocce di sangue sulla scheda di test sarà possibile evitare un’errata prescrizione di antibiotici, nel caso in cui si tratti di infezione virale. Questo metodo, che può essere utilizzato dagli operatori sanitari negli ambulatori medici, elimina inoltre la necessità di costose apparecchiature di analisi ed è adatto all’uso in aree geografiche in cui l’assistenza medica e la diagnostica non sono sufficientemente disponibili. La tecnica di rilevamento concepita da IMPETUS può essere personalizzata allo scopo di misurare quantitativamente altri biomarcatori molecolari per applicazioni differenti, tra cui le malattie cardiovascolari. La linea pilota si basa al tempo stesso su un concetto versatile di fabbricazione, facilmente adattabile per vari processi di produzione e applicazioni di rilevamento, che può essere impiegato per fabbricare sensori e attuatori da implementare in applicazioni al di là della diagnostica medica, per esempio nel campo della sicurezza alimentare e nel settore del monitoraggio ambientale.

Parole chiave

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