Un microchip in grado di separare le cellule con il suono individuando nei liquidi esaminati le particelle che si vuole isolare, dai tumori, agli spermatozoi performanti, fino alle microplastiche, aprendo nuove prospettive scientifiche, da diagnosi oncologiche più rapide a procreazioni assistite più mirate e facili. Questo è l’ambizioso obiettivo di SIMBA, progetto di ricerca finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (PRIN 2022 – PNRR) e realizzato dal Dipartimento interuniversitario di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari, con il CNR IFN, sede di Roma.
Il cuore dell’innovazione – presentata per la prima volta alla conferenza SPIE 2026 a San Francisco – è un microchip grande pochi centimetri, un vero e proprio laboratorio in miniatura capace di analizzare fluidi complessi – come il sangue o il liquido seminale -, che utilizza onde acustiche ad alta frequenza per “spingere” le cellule che si vuole isolare lungo direzioni diverse all’interno di microscopici canali pieni di liquido. In pratica, il suono diventa uno strumento di precisione per ordinare e selezionare ciò che è invisibile a occhio nudo.
La tecnologia è stata finora testata in laboratorio su campioni non biologici, restituendo risultati molto promettenti, che inducono i ricercatori a progettare per il prossimo futuro sperimentazioni su materiale biologico e, in prospettiva, prevedere applicazioni che rendano più accurate analisi oggi complesse e costose: dalla ricerca delle cellule tumorali nel sangue alla selezione degli spermatozoi per la fecondazione assistita.
Una delle applicazioni più promettenti riguarda proprio l’oncologia. Nel sangue possono circolare cellule tumorali, fondamentali per individuare precocemente metastasi o valutare se una terapia sta funzionando. Trovarle è come cercare un ago in un pagliaio: sono rarissime, ma più grandi dei globuli rossi. Il microchip potrà sfruttare proprio questa differenza di dimensione per isolarle in modo automatico e dedicato all’applicazione.
Un altro campo di interesse è quello della procreazione medicalmente assistita. Nel liquido seminale non tutti gli spermatozoi sono realmente adatti alla fecondazione. Riuscire a selezionare i migliori in modo rapido e non invasivo potrebbe aumentare le probabilità di successo dei trattamenti Fivet (Fecondazione In Vitro con Trasferimento Embrionale) e ridurre il numero di tentativi necessari.
La tecnologia potrebbe essere utile anche fuori dalla medicina, ad esempio per separare microplastiche presenti nell’acqua e studiarle in base a grandezza e composizione, aiutando il monitoraggio dell’inquinamento ambientale.
Per progettare questi dispositivi, i ricercatori hanno inizialmente sviluppato un sofisticato modello al computer, un “gemello digitale” del microchip, capace di simulare il comportamento delle onde sonore e prevedere con precisione come si muoveranno le particelle all’interno del fluido. Questo modello è stato descritto in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Advanced Materials Technologies e validato con misure sperimentali in laboratorio. In questo modo i ricercatori hanno potuto ottimizzare il chip prima ancora di costruirlo fisicamente, adattandolo al tipo di cellule o particelle che hanno voluto separare. I primi esperimenti con il microchip reale, effettuati con particelle artificiali fluorescenti, hanno già mostrato una forte corrispondenza tra le previsioni del modello e i risultati reali.
«Stiamo lavorando per trasformare un fenomeno fisico, le onde acustiche, in uno strumento concreto per la fisica e la medicina del futuro – spiega Annalisa Volpe, professoressa del Dipartimento interuniversitario di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari, prima firmataria del progetto – Grazie alle simulazioni tridimensionali possiamo progettare dispositivi su misura per il tipo di particelle che vogliamo separare: cellule tumorali nel sangue, spermatozoi, o microplastiche nell’acqua. I primi risultati sperimentali confermano che la strada è quella giusta. L’obiettivo è arrivare a chip compatti, affidabili e biocompatibili, utilizzabili in ospedali e laboratori per rendere le analisi più rapide, precise e accessibili».
«Uno degli aspetti più importanti di questo lavoro è l’integrazione tra modellazione numerica avanzata e sperimentazione reale – sottolinea Pietro Patimisco, professore del Dipartimento interuniversitario di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari – Il gemello digitale del dispositivo ci consente di prevedere con grande accuratezza come si comporteranno le particelle nel microcanale e di ottimizzare il chip prima ancora di realizzarlo fisicamente. Questo riduce tempi e costi di sviluppo e rende la tecnologia più affidabile quando si passa dal laboratorio alle applicazioni reali, soprattutto in ambiti complessi, come quello biomedicale».
