Maggiore sostenibilità per i test medici rapidi
Il progetto "BioMat" ricerca tecnologie per l'utilizzo di materiali biocompatibili nella diagnostica point-of-care
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Milioni di tonnellate di rifiuti plastici aggiuntivi sono stati generati in tutto il mondo durante la pandemia di coronavirus. Oltre alle maschere, agli indumenti protettivi e ai kit di vaccinazione, un ruolo significativo è stato svolto dai test rapidi. I test diagnostici sono in genere realizzati con plastiche a base di petrolio e finiscono nella spazzatura dopo un solo utilizzo. I test realizzati con materiali biocompatibili offrono un'alternativa più rispettosa dell'ambiente e delle risorse. Nell'ambito del progetto "BioMat", l'Università di Scienze Applicate di Dresda (HTWD) collabora con alcuni partner alla ricerca delle basi per l'utilizzo di materiali sostenibili nella diagnostica medica. Un nuovo test point-of-care (POCT) per il rilevamento dell'epatite D è un esempio di applicazione.
Il virus dell'epatite D (HDV) provoca un'infiammazione cronica del fegato, che può causare cirrosi epatica e aumentare il rischio di cancro al fegato. I POCT, che funzionano anche in luoghi non accessibili ai laboratori, potrebbero identificare rapidamente le persone infette e consentire la diagnosi dell'HDV anche in Paesi con infrastrutture mediche limitate.
Materiale di base biobased
Il progetto interdisciplinare congiunto è suddiviso in due sottoaree: lo sviluppo di un materiale di base biobased e del relativo processo di produzione e lo sviluppo di un test rapido per la diagnosi dell'infezione da HDV. "Noi dell'HTW di Dresda stiamo contribuendo principalmente con la nostra esperienza nel campo della ricerca sulle bioplastiche e dello sviluppo di sensori", spiega il responsabile del progetto Marc-Peter Schmidt, professore di Design e Tecnologia presso la Facoltà di Ingegneria Elettrica. "I requisiti del materiale sono molto elevati. Abbiamo bisogno di una superficie che possa essere facilmente microstrutturata e di componenti che siano durevoli e stabili da un lato e completamente biodegradabili in determinate condizioni dall'altro".
Dopo aver esaminato varie combinazioni di materiali, il polibutilene succinato (PBS) è stato identificato come un materiale adatto. Il PBS può essere ottenuto dall'amido delle piante, è facile da lavorare, stabile e conservabile e si degrada quasi completamente nel compostaggio industriale a 60 gradi Celsius e ad alta umidità entro 90 giorni. Il processo di decomposizione avviene anche in discarica o all'aria aperta, ma richiede più tempo.
Elettronica in microstruttura
I componenti per i test rapidi sono prodotti con il processo di stampaggio a iniezione, in cui il materiale viene iniettato come massa viscosa sotto pressione in uno stampo. "Insieme al Fraunhofer IWU e alle aziende industriali sassoni Bergi-Plast e Otto Injection Molding, siamo già riusciti a ottimizzare il processo standard per la lavorazione del PBS in modo da ottenere la necessaria precisione di stampaggio", spiega Matthieu Fischer, membro del team del progetto. "Attualmente stiamo studiando come applicare al materiale di base strutture funzionali elettriche, che avranno un ruolo nelle applicazioni successive". A differenza del test dell'epatite D, ad esempio, i sensori elettrici sono utilizzati nella diagnostica delle prestazioni mobili nello sport".
Per applicare il progetto del circuito, le cui strutture misurano solo pochi micrometri, i ricercatori utilizzano la tecnologia a film spesso. Si tratta di un tipo di processo di serigrafia in cui le paste vengono applicate a strati attraverso una griglia sottile per formare i circuiti elettrici. I sensori possono essere prodotti facilmente e a costi contenuti con questa tecnica. Poiché l'elettronica dei kit di test deve essere anche biocompatibile, Matthieu Fischer sta sperimentando diverse paste sostenibili. Utilizzando una struttura di prova, sta esaminando la loro idoneità e i requisiti tecnici per la produzione di dettagli strutturali molto piccoli e di alta precisione.
Sviluppo dei reagenti
I reagenti biologici per il rilevamento dei virus sono oggetto di ricerca e sviluppo in stretta collaborazione tra Roboscreen e il Fraunhofer IZI. Il Fraunhofer IZI contribuisce con il suo know-how nella produzione di antigeni e Roboscreen con la sua esperienza nello sviluppo e nella produzione di reagenti e test per la diagnostica di laboratorio. Entrambi hanno inoltre familiarità con gli aspetti normativi e le procedure di autorizzazione per i prodotti medici.
Ci sono ancora numerosi ostacoli da superare prima che i biomateriali compostabili o riciclabili possano essere utilizzati nella diagnostica. Oltre agli studi medici, si tratta soprattutto di eliminare le barriere normative. "Attualmente, i rifiuti medici come i test rapidi usati devono essere inviati all'utilizzo termico, soprattutto se contengono sangue. Inoltre, non è consentito riutilizzare il materiale fondendolo", afferma Marc-Peter Schmidt. "Alla luce delle grandi quantità di rifiuti generati qui, è urgente sostituire i prodotti diagnostici a base di petrolio".
Il progetto mira ad aprire la strada a sistemi di test rapidi a basso costo e prodotti in massa a base di plastica biodegradabile che possano essere utilizzati in tutto il mondo, non solo per i test HDV, ma anche per altre applicazioni diagnostiche.
Sotto la guida dell'HTW di Dresda, sono coinvolte nel progetto di ricerca BioMat le seguenti aziende:
- Bergi-Plast GmbH, Bad Gottleuba-Berggießhübel
- Otto Injection Moulding GmbH & Co. KG, Niederwiesa
- Roboscreen GmbH, Lipsia
- Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura IWU, Chemnitz
- Istituto Fraunhofer per la terapia cellulare e l'immunologia IZI, Lipsia
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