Microtubi? Ci Pensa il Robot! Addio Rischi e Fatica in Laboratorio
Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di una piccola grande rivoluzione che sta prendendo piede nei laboratori di analisi cliniche e di ricerca biologica. Immaginate la scena: siete lì, magari nel pieno di un’emergenza sanitaria come quella del COVID-19, a processare centinaia, forse migliaia, di campioni per i test PCR. Un lavoro fondamentale, certo, ma anche ripetitivo e, diciamocelo, non privo di rischi. Maneggiare provette, soprattutto i piccoli microtubi con quei tappi a pressione un po’ ostici, richiede attenzione costante per evitare contaminazioni o, peggio, infezioni.
Ecco, se avete mai lavorato in un laboratorio, sapete di cosa parlo. Aprire e chiudere manualmente decine e decine di questi microtubi è un’operazione che porta via tempo e aumenta la possibilità di errori o incidenti. E se vi dicessi che abbiamo trovato un modo per rendere tutto questo più sicuro, efficiente e meno stressante?
Il Problema: Tappi, Rischi e Poca Automazione
Il test PCR, diventato famoso con la pandemia, è potentissimo per diagnosticare malattie infettive. Il processo, però, è complesso: raccolta del campione, pretrattamento, estrazione dell’RNA e infine il test vero e proprio. La fase di pretrattamento, in particolare, è quella in cui si maneggiano diversi tipi di provette – centrifughe, criogeniche, e appunto i microtubi da 1.5 mL. È qui che il rischio di infezione e contaminazione è più alto.
L’automazione sarebbe la soluzione ideale, no? Esistono già sistemi robotizzati, ma molti sono progettati per provette più grandi con tappi a vite. Per i microtubi con tappo a pressione, le opzioni sono poche e spesso ingombranti, magari basate su bracci robotici articolati che occupano un sacco di spazio. Inoltre, c’è un altro problema: i microtubi non sono tutti uguali! Ogni produttore ha le sue piccole varianti nella forma del tappo, nelle dimensioni… e durante le emergenze, quando la richiesta di materiale schizza alle stelle, bisogna potersi adattare e usare quello che si trova sul mercato, non essere legati a un solo tipo di provetta. Serviva quindi qualcosa di compatto, versatile e capace di gestire questa varietà.
La Sfida: Progettare un Sistema Universale
Di fronte a questa esigenza, ci siamo rimboccati le maniche. La prima cosa da fare? Capire esattamente con cosa avevamo a che fare. Abbiamo preso ben 15 tipi diversi di microtubi, prodotti da 10 aziende differenti, e li abbiamo studiati a fondo. Abbiamo misurato ogni piccola dimensione: altezza, diametro, forma del tappo, spessore… tutto! Ma non solo: abbiamo anche misurato la forza necessaria per aprire e chiudere ogni tipo di tappo. E le differenze erano notevoli! Alcuni tappi richiedevano una forza fino a 70 Newton per chiudersi – non proprio una passeggiata.
Con tutti questi dati in mano, abbiamo iniziato la progettazione. L’idea era creare un sistema capper/decapper (cioè che apre e chiude i tappi) piccolo, ma potente e intelligente. Doveva essere in grado di:
- Adattarsi alle diverse forme e dimensioni dei microtubi.
- Generare la forza sufficiente per aprire e chiudere anche i tappi più “duri”.
- Essere abbastanza compatto da poter essere integrato facilmente nei sistemi di pipettaggio automatico già esistenti.
Abbiamo quindi disegnato un meccanismo con due bracci distinti, uno per aprire e uno per chiudere, montati sullo stesso asse ma mossi da motori indipendenti. Un design furbo per evitare interferenze e ottimizzare i movimenti. Abbiamo anche previsto un sistema per bloccare saldamente il microtubo durante l’apertura, evitando che “scappi” via.
Ecco il Prototipo: Piccolo ma Potente!
Dopo la progettazione, siamo passati alla costruzione del prototipo. Il risultato? Un dispositivo davvero compatto, con un ingombro minore di una piastra da 96 pozzetti (uno standard nei laboratori), pesante poco più di 700 grammi. Lo abbiamo chiamato, per ora, semplicemente “sistema capper/decapper automatico per microtubi”.
Abbiamo subito iniziato i test. La prima verifica: è in grado di aprire e chiudere tutti e 15 i tipi di microtubi che avevamo misurato? Assolutamente sì! Anche quelli con i tappi più ostici e con meccanismi di blocco a “gancio”. Abbiamo misurato la forza di chiusura che il nostro sistema riesce a generare: oltre 82 Newton, più che sufficiente per garantire una chiusura ermetica su tutti i modelli testati. I tempi? Circa 9.5 secondi per aprire e 6.5 secondi per chiudere. Non male!
In Azione: L’Integrazione con un Robot Pipettatore
Ma la vera prova del nove era vedere il nostro capper/decapper all’opera in un contesto realistico. Lo abbiamo quindi integrato in un sistema di pipettaggio automatico basato su un robot cartesiano (quelli che si muovono lungo assi X, Y e Z). Abbiamo simulato una fase tipica del pretrattamento PCR: prelevare un campione da una provetta criogenica e dispensarlo in un microtubo contenente un reagente.
Il sistema completo, compreso il nostro capper/decapper, i rack per le provette, i puntali per il pipettaggio e tutto il resto, occupava uno spazio davvero ridotto (circa 50×60 cm). Abbiamo programmato il robot per eseguire l’intera sequenza su 12 campioni:
- Prendere un microtubo dal rack.
- Inserirlo nel nostro capper/decapper.
- Il capper/decapper apre il tappo.
- Il robot preleva il campione dalla provetta criogenica (dopo averne aperto il tappo a vite con un altro modulo).
- Il robot dispensa il campione nel microtubo aperto.
- Il capper/decapper richiude il tappo del microtubo.
- Il robot ripone il microtubo nel rack.
- E via con il campione successivo!
Tutto sincronizzato alla perfezione tramite segnali tra il controllo del robot e il controllo del nostro dispositivo.
Risultati e Riflessioni: Più Lento, Ma Molto Meglio!
L’esperimento è stato un successo! Il sistema ha processato i 12 campioni senza intoppi. Quanto tempo ci è voluto? In totale, circa 15 minuti, ovvero una media di 75 secondi a campione. Ok, ammettiamolo: un operatore umano esperto ci metterebbe molto meno, forse un terzo del tempo.
Ma è davvero solo una questione di velocità? Io non credo. Pensiamo ai vantaggi:
- Sicurezza: L’operatore non deve più maneggiare direttamente provette potenzialmente infette. Il rischio di infezione si riduce drasticamente.
- Affidabilità: Meno manipolazioni manuali significano meno rischi di contaminazione crociata tra i campioni, garantendo risultati più attendibili.
- Meno stress per gli operatori: Automatizzare un compito ripetitivo e potenzialmente pericoloso libera il personale qualificato, che può dedicarsi ad attività più complesse e a maggior valore aggiunto.
- Versatilità: La capacità di gestire diversi tipi di microtubi è un enorme vantaggio logistico.
Quindi sì, magari ci mette un po’ di più, ma i benefici in termini di sicurezza, qualità e benessere del personale sono impagabili. E poi, i tempi di apertura e chiusura del nostro capper/decapper (circa 16 secondi in totale) non sono il fattore limitante dell’intero processo automatico; gran parte del tempo è impiegato dal robot per muoversi, cambiare puntali, ecc.
Cosa Ci Riserva il Futuro?
Questo è solo l’inizio. Il nostro sistema ha dimostrato di funzionare e di essere efficace. Ora puntiamo a renderlo ancora migliore e a portarlo sul mercato. Stiamo pensando a test di durabilità e affidabilità più approfonditi, a valutare quantitativamente il rischio (già bassissimo) di dispersione di goccioline durante l’apertura/chiusura, e magari a sviluppare una versione capace di processare più microtubi contemporaneamente per aumentare la produttività.
L’obiettivo finale è contribuire all’automazione di quante più fasi possibili nel pretrattamento dei campioni, non solo per i test PCR ma per un’ampia gamma di analisi cliniche ed esperimenti biologici. Immaginate laboratori più sicuri, efficienti e affidabili… un piccolo passo per un robot, un grande passo per la scienza e la salute!
Fonte: Springer
