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Un rilevatore di DNA portatile
Un nuovo analizzatore di DNA portatile esegue l'analisi in tempo reale dei campioni di sangue lasciati sulla scena di un crimine. I ricercatori dell'Università della California, Berkeley, hanno sviluppato il dispositivo, che racchiude microfluidica, elettronica, ottica e tecnologia di rilevamento chimico in un'unica unità delle dimensioni di una valigetta. Sebbene i gruppi precedenti abbiano sviluppato sistemi lab-on-a-chip, nessuno di loro è riuscito a realizzare un sistema completamente portatile e robusto che possa essere utilizzato in una scena, afferma il team leader Richard Mathies .
CSI in loco: Dopo che un campione di sangue è stato prelevato dalla scena di un crimine, questo dispositivo delle dimensioni di una valigetta può essere utilizzato per estrarre e analizzare il suo DNA in sei ore o meno.
Il nuovo dispositivo può essere utilizzato per l'analisi short tandem repeat (STR), una tecnica che è diventata di routine nel moderno lavoro forense da quando è stata applicata per la prima volta nel 1991, ma che normalmente avviene in laboratorio. I ricercatori hanno effettuato un profilo STR in tempo reale su una finta scena del crimine allestita dall'ufficio dello sceriffo della contea di Palm Beach (FL). Sono stati raccolti campioni di macchie di sangue e l'estrazione e l'analisi del DNA sono state eseguite sulla scena del crimine entro sei ore.
I ricercatori sottolineano, tuttavia, che sebbene il loro sistema sia molto affidabile, non è ancora disponibile in commercio e può essere utilizzato solo per fornire prove preliminari alle indagini di polizia. Il vantaggio è che ora la polizia potrebbe avere informazioni quasi immediate su chi sia il criminale più probabile, spiega Mathies. Ciò consente loro di trovare la persona e ottenere prove cruciali prima che lasci la regione o distrugga le prove.
Mathies è l'inventore degli array di elettroforesi capillare e delle etichette di coloranti fluorescenti a trasferimento di energia, due tecnologie comunemente utilizzate nei moderni sequenziatori di DNA. Queste tecnologie combinano l'analisi chimica e biochimica miniaturizzata con il rilevamento della fluorescenza ad alta sensibilità.
Dopo aver prelevato un campione sulla scena di un crimine, i filamenti di DNA vengono amplificati e separati per rilevare una firma. All'interno del dispositivo, un frammento di DNA viene replicato all'interno di un reattore di reazione a catena della polimerasi (PCR) da 160 nanolitri accoppiato con un riscaldatore su chip e un sensore di temperatura. Il campione biologico e i reagenti PCR vengono esposti a tre temperature distinte per un certo periodo di tempo e viene utilizzato un canale di separazione lungo sette centimetri per analizzare il DNA mediante elettroforesi capillare. Utilizzando il dispositivo, i ricercatori sono riusciti a produrre profili STR riproducibili di campioni di DNA in appena due ore e mezza.
Il rilevatore misura 30 x 25 x 10 centimetri e pesa 10 chilogrammi. Consuma 20 watt di potenza, che possono essere forniti da una batteria per auto. Può quindi essere facilmente trasportato in valigia e registrato come bagaglio di volo, afferma Peng Liu, membro del team.
Una delle maggiori sfide nella progettazione di un dispositivo portatile per il sequenziamento del DNA è il controllo del flusso dei campioni attraverso il sistema. Per superare questo problema, Mathies e colleghi hanno costruito un chip di plastica multistrato contenente un intricato sistema di canali incisi. Questo sistema è stato fabbricato con le stesse tecniche utilizzate per fabbricare i chip dei computer.
La maggior parte degli stati degli Stati Uniti ora raccoglie campioni di DNA dai sospetti al momento dell'arresto. Quindi, la capacità di abbinare rapidamente i campioni della scena del crimine con i record di questo database potrebbe accelerare notevolmente l'identificazione dei criminali, afferma Mathies.
Il team di Berkeley prevede di migliorare la sensibilità e la produttività del dispositivo integrando altri passaggi analitici, come la pulizia post-PCR. Integrando più unità sarà possibile analizzare più campioni di DNA contemporaneamente, spiega Liu. Il dispositivo potrebbe apparire sul mercato in appena tre-cinque anni, dicono i ricercatori.
Uno degli ostacoli allo sviluppo della tecnologia lab-on-a-chip è l'integrazione dei sistemi e dei processi, ed è questo aspetto del nuovo lavoro che è davvero entusiasmante, afferma Stephen Haswell dell'Università di Hull, nel Regno Unito, che sta anche lavorando sulla corrispondenza del DNA sulla scena del crimine. Il lavoro è uno sviluppo importante sia per la comunità forense che per coloro che si sforzano di sviluppare una tecnologia veramente lab-on-a-chip.