Movimentazione senza contaminazione e trascinamento di fluidi complessi utilizzando lubrificanti

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14486 (2022) Citare questo articolo

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La contaminazione incrociata dei campioni biologici durante la manipolazione e la preparazione è un problema importante nelle configurazioni di laboratorio e porta a falsi positivi o falsi negativi. I residui di carryover dei campioni nei puntali delle pipette contribuiscono notevolmente a questo problema. La maggior parte dei puntali per pipette sul mercato sono realizzati con polimeri idrofobici in grado di respingere i liquidi ad alta tensione superficiale, ma presentano prestazioni insufficienti quando sono coinvolti liquidi a bassa tensione superficiale e fluidi viscosi. Inoltre, l'idrofobicità dei puntali delle pipette può provocare un adsorbimento idrofobico delle biomolecole, causando imprecisioni e perdita di precisione durante il pipettaggio. Qui proponiamo l'uso della tecnologia della superficie infusa con lubrificante (LIS) per ottenere proprietà onnifobiche nei puntali delle pipette. Utilizzando un design semplice e versatile, il lume interno dei puntali per pipette disponibili in commercio è stato rivestito con uno strato di fluorosilano (FS) mediante deposizione chimica da fase vapore (CVD). La presenza di gruppi FS sulle punte è confermata dai test di spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e di spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR). Dopo la lubrificazione delle punte tramite un lubrificante fluorurato, l'onnifobicità e il comportamento repellente delle punte sono drasticamente migliorati, il che viene rivelato tramite misurazioni dell'angolo di contatto statico e di isteresi. La repellenza dei puntali delle pipette infusi con lubrificante rispetto all'adsorbimento fisico viene studiata pipettando un colorante alimentare e campioni di sangue umano e viene confrontata con i puntali non trattati. I risultati mostrano una quantità di residui di trascinamento significativamente inferiore quando vengono utilizzate le punte con lubrificante rispetto a quelle disponibili in commercio. Dimostriamo inoltre che i puntali infusi di lubrificante riducono la contaminazione batterica del lume interno da 3 a 6 log (oltre il 99%, a seconda delle dimensioni del puntale) dopo aver pipettato su e giù la soluzione batterica.

Il trascinamento di fluidi nei dispositivi di gestione dei liquidi può portare al fallimento dell'esperimento, a imprecisioni di misurazione e alla perdita di campione. È la principale causa di contaminazione crociata nelle procedure scientifiche generali come il lavoro batteriologico, la reazione a catena della polimerasi (PCR) e i test radioimmunologici1,2,3,4. Ad esempio, nelle reazioni di amplificazione della PCR in un laboratorio forense criminale, piccole quantità di contaminazione del DNA potrebbero comportare l'amplificazione del DNA per promuovere identificazioni false positive5. In tali casi, una causa di fondo della contaminazione potrebbe avere origine dal pipettaggio di sostanze con elevata viscosità e bassa tensione superficiale che possono aderire alla superficie plastica della pipetta, provocando un'espulsione impropria sul campione di prova successivo6,7,8. Inoltre, la contaminazione da residui nel pipettaggio può comportare un'errata determinazione del volume, la necessità di cambiare puntali, emissioni di carbonio e costi associati allo smaltimento dei puntali monouso. Per ridurre al minimo l'effetto del carryover, le aree di lavoro del laboratorio necessitano di set separati di forniture e attrezzature, come pipette, supporti per provette e centrifughe9,10,11. I puntali monouso con filtri sono generalmente raccomandati come strategia principale per prevenire la contaminazione originata dagli ampliconi che si accumulano all'interno del pipettatore10,12,13,14. Tuttavia, le punte monouso non sono applicabili alle stazioni di lavoro robotizzate automatizzate che utilizzano punte fisse15. Attualmente sono state messe in atto tecniche per prevenire la contaminazione incrociata, aumentando la spaziatura tra i pozzetti e prevenendo i movimenti involontari dell'asse Z da parte della pinza robotica durante il trasferimento delle piastre10,16. Inoltre, la letteratura attuale suggerisce che le punte fisse trattate con routine di lavaggio approfondite possono rappresentare un'alternativa valida ed efficace alle punte monouso16. La questione della contaminazione da carryover può essere estesa ad altre forme di apparecchiature di laboratorio, come le siringhe e gli aghi utilizzati nella rimozione dei prodotti della PCR sul braccio robotico dei sistemi di amplificazione automatizzati17. Una potenziale soluzione comporterebbe modifiche superficiali delle apparecchiature di laboratorio, in particolare i puntali delle pipette, in modo tale da ridurre al minimo il problema del carryover dei campioni.