Un dispositivo diagnostico microfluidico con presa d'aria

Jun 22, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12852 (2022) Citare questo articolo

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L’identificazione della contaminazione accidentale da allergeni negli alimenti trasformati è fondamentale per le strategie di gestione del rischio nell’industria di trasformazione alimentare per prevenire efficacemente gli incidenti legati alle allergie alimentari. Qui, proponiamo una valvola di arresto passiva di nuova concezione con prestazioni di resistenza ad alta pressione denominata "valvola a innesto d'aria" per migliorare ulteriormente i dispositivi microfluidici per il rilevamento degli acidi nucleici target. Implementando la valvola ad innesto dell'aria come valvola di arresto permanente, è stato possibile ottenere una portata massima consentita di 70 µl/min per l'erogazione sequenziale di liquidi in una serie di 10 microcamere, ovvero 14 volte superiore a quella ottenuta con la valvola precedente disposizione mediante valvole di intercettazione monofaccia. Inoltre, dimostriamo il rilevamento simultaneo di più allergeni alimentari (grano, grano saraceno e arachidi) sulla base del test colorimetrico di amplificazione isotermica mediata da loop utilizzando il nostro dispositivo diagnostico con 10 microcamere disposte in modo compatto in un cerchio di 20 mm di diametro. Dopo aver eseguito i test a 60 °C per 60 minuti, qualsiasi combinazione dei tre tipi di allergeni alimentari e pianta del tè, utilizzati rispettivamente come campioni di controllo positivo e negativo, ha prodotto risultati di test corretti, senza alcuna contaminazione incrociata tra le microcamere . Pertanto, il nostro dispositivo diagnostico fornirà una piattaforma rapida e semplice dal campione alla risposta per garantire la sicurezza alimentare.

Le allergie alimentari sono risposte avverse immunomediate innescate dall'inalazione o dall'ingestione di proteine ​​contenute in alimenti specifici1,2,3. I tassi di incidenza e prevalenza delle allergie alimentari sono aumentati negli ultimi decenni, ponendo un problema di salute globale. Gli allergeni possono causare non solo reazioni allergiche acute, come quelle cutanee (orticaria), del tratto respiratorio (respiro sibilante, tosse) e del tratto gastrointestinale (nausea, vomito e diarrea), ma anche condizioni critiche, come l'anafilassi4,5. Attualmente, l’etichettatura degli allergeni alimentari è obbligatoria e regolamentata in molti paesi. In Giappone, sono state adottate normative sull’etichettatura degli allergeni alimentari per gli alimenti trasformati contenenti sette materie prime specifiche, tra cui grano, grano saraceno, arachidi, uova, latte, gamberetti e granchio. Le linee guida stabiliscono che tutti gli alimenti contenenti proteine ​​allergeniche devono essere etichettati se la concentrazione supera i 10 mg/kg (ppm)6. Per i consumatori allergici agli alimenti, anche una piccola quantità di allergene può indurre una reazione allergica7. Pertanto, l’identificazione rapida e semplice degli alimenti trasformati contaminati accidentalmente da sostanze allergeniche è fondamentale per le strategie di gestione del rischio nell’industria di trasformazione alimentare per prevenire efficacemente gli incidenti legati alle allergie alimentari.

Sono stati valutati numerosi metodi per rilevare vari allergeni alimentari8. Il test immunoassorbente legato all'enzima (ELISA) è ampiamente utilizzato per l'analisi quantitativa delle proteine ​​mirate grazie ai vantaggi di elevata sensibilità, elevata specificità, facilità d'uso ed elevata produttività del campione. Di conseguenza, è uno dei test più comunemente utilizzati per rilevare e quantificare gli allergeni alimentari nell'industria alimentare e nelle agenzie ufficiali di controllo alimentare9,10. Sono disponibili in commercio diversi kit di test immunodiagnostici basati su ELISA per la rilevazione degli allergeni alimentari11,12,13. Tuttavia, le proteine ​​sono suscettibili alla degradazione proteolitica involontaria durante i processi di estrazione utilizzati nei metodi di rilevamento basati sulle proteine, che possono causare risultati falsi negativi, e le matrici alimentari complesse possono contenere componenti organici interferenti, che possono dare origine a falsi positivi14,15. Poiché le molecole di DNA sono più stabili delle proteine, vengono sempre più utilizzati metodi di rilevamento basati sugli acidi nucleici, tra cui la reazione a catena della polimerasi quantitativa in tempo reale (qPCR) che è il metodo più utilizzato per amplificare target specifici di acidi nucleici (DNA/RNA). nel rilevamento degli allergeni alimentari16,17,18,19. Tuttavia, i test qPCR richiedono personale altamente qualificato e apparecchiature costose (ad esempio, un termociclatore) con un controllo preciso del punto di regolazione della temperatura per l'amplificazione e pertanto non sono uno strumento di rilevamento conveniente e facile da usare.