Utilizzo della lavorazione roll-to-roll per la produzione di microfluidi per dispositivi lab-on-a-chip
La lavorazione roll-to-roll (R2R) è il metodo utilizzato per applicare rivestimenti, stampare o eseguire altre tecniche, iniziando con un rotolo di materiale flessibile e quindi riavvolgendo dopo il processo, per creare un rotolo in uscita. Una volta rivestiti, laminati o stampati, i rotoli di materiale possono essere tagliati fino alla loro dimensione finale. A differenza della lavorazione a lotti, quella R2R è un processo continuo che può portare a una fabbricazione agile e una maggiore automazione, per non parlare di una riduzione dei costi pari a 10 volte. Pertanto, il processo è stato a lungo utilizzato dall’industria della stampa grafica e oggi attira l’attenzione di diversi altri settori. Per esempio, il settore dell’elettronica si avvale della R2R per creare dispositivi quali diodi organici a emissione di luce su un rotolo di plastica flessibile o una lamina metallica. Attualmente, il progetto R2R Biofluidics (Large scale micro-and nanofabrication technologies for bioanalytical devices based on R2R imprinting), finanziato dall’UE, sta lavorando per adattare il processo R2R ai settori della diagnostica e bioanalisi, in prevalenza per la produzione di microfluidi per dispositivi lab-on-chip. «Abbiamo bisogno di grandi quantità di questi prodotti, che saranno utilizzati per la diagnostica, la scoperta di farmaci e il controllo degli alimenti», afferma il coordinatore del progetto, Martin Smolka. «Le tecnologie R2R consentono la significativa riduzione dei costi di produzione necessaria per raggiungere la produzione di massa». La microfluidica si occupa del comportamento, del controllo preciso e della manipolazione di fluidi che sono geometricamente vincolati a una scala piccola, tipicamente sub-millimetrica. I dispositivi lab-on-a-chip (LOC) sono dispositivi miniaturizzati utilizzati per condurre esperimenti di laboratorio su scala molto piccola. I LOC possono integrare diverse funzioni di laboratorio su un chip di dimensioni variabili da pochi millimetri a pochi centimetri quadrati, consentendo in tal modo uno screening e un’automazione ad alte prestazioni. Un salto di qualità R2R Biofluidics ha dimostrato una catena di trasformazione completamente nuova per la produzione su larga scala di dispositivi LOC per tali applicazioni decentrate, come la rilevazione di agenti patogeni resistenti agli antibiotici. Utilizzando un chip diagnostico in vitro con canali microfluidici impressi basati sulla rilevazione della chemiluminescenza e contenenti nanostrutture ottiche impresse per l’accoppiamento della luce, i ricercatori sono stati in grado di migliorare le prestazioni del dispositivo. La chemiluminescenza è l’emissione di luce durante una reazione chimica che produce quantità significative di luce. «Questi nuovi chip progettati per il rilevamento della chemiluminescenza offrono una migliore sensibilità, grazie alle loro strutture ottiche impresse», spiega Smolka. «La fabbricazione R2R consentirà una produzione ad alto rendimento e a basso costo di questi dispositivi innovativi, agevolando il loro ingresso sul mercato». I ricercatori hanno inoltre dimostrato come sviluppare chip cellulari contenenti cavità impresse e canali con dimensioni dalla microscala alla nanoscala per la coltura controllata di neuroni, che possono essere applicati nello screening farmacologico ad alto rendimento. Utilizzando questo dimostratore come base, SCIENION, uno dei partner del progetto, ha sviluppato uno spotter microarray roll-to-roll personalizzato per la stampa di biomolecole. «L’introduzione delle tecnologie R2R per la fabbricazione ad alto rendimento per i test diagnostici rappresenta un salto di qualità», afferma Holger Eickhoff, amministratore delegato di SCIENION AG. «Offrendo tali dispositivi flessibili a basso costo, questa tecnologia porterà presto a un livello di produzione dei dispositivi diagnostici senza pari». Idea premiata Nel settembre 2018, R2R Biofluidics ha ricevuto il premio austriaco Fast Forward in riconoscimento del suo lavoro pionieristico nello sviluppo di nuovi strumenti diagnostici per il rilevamento rapido e affidabile degli agenti patogeni. «Questo premio riconosce il nostro ruolo di pionieri in tali passaggi del processo basati sulla R2R, come l’implementazione di nuovi concetti di stampigliatura e l’aver individuato per primi le biomolecole utilizzando la tecnologia R2R», aggiunge Smolka.
Parole chiave
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