Stanford una girandola di carta poi stampata in 3d per combattere la malaria

Alcuni ingegneri di Stanford utilizzano la stampa 3D per trasformare un giocattolo per bambini da 20 centesimi in un dispositivo per la diagnosi della malaria

Alcuni scienziati della Stanford University hanno sviluppato uno strumento di stampa 3D potenzialmente salva-vita ispirato da una trottola, un giocattolo di filatura che risale all’età del bronzo. Il nuovo dispositivo potrebbe aiutare gli operatori sanitari a diagnosticare la malaria in aree prive di attrezzature di laboratorio precise.

La malaria, una malattia infettiva diffusa dalle zanzare, può causare febbre, vomito, stanchezza, e in casi estremi, la morte. La condizione è facile da diagnosticare con attrezzature mediche, ma, comprensibilmente, le apparecchiature non sono sempre disponibili. Per operatori sanitari che lavorano in luoghi remoti, tuttavia, c’è un trucco per la diagnosi della malaria: l’uso di una centrifuga. Facendo girare un campione di sangue molto rapidamente, diversi tipi di cellule nel sangue possono essere separati l’uno dall’altro, rendendo più facile individuare i parassiti. La questione diventa allora: come si fa a acquisire una centrifuga?

Manu Prakash, professore di bioingegneria presso la Stanford University, si è posto la stessa domanda durante un viaggio in Uganda, quando ha incontrato molti  operatori sanitari con un disperato bisogno di una centrifuga, o, più precisamente, una che possa essere alimentata senza elettricità. “Siamo stati in un centro di salute primaria a parlare con gli operatori sanitari e abbiamo trovato una centrifuga utilizzata come fermaporta perché non c’è l’elettricità”, ha detto Prakash.

“Ci sono più di un miliardo di persone in tutto il mondo che non hanno infrastrutture, strade, e sono senza elettricità”, ha continuato Prakash. “Ho capito che se volevamo risolvere un problema critico come la diagnosi della malaria, abbiamo bisogno di progettare una centrifuga a propulsione umana che costa meno di una tazza di caffè”, ha detto Prakash, che è stato senior autore dello studio “.

Al suo ritorno in California, Prakash ha iniziato subito a lavorare sullo sviluppo di una centrifuga che avrebbe funzionato anche in zone senza elettricità. La sua ispirazione? Giocattoli per bambini! In un primo momento, Prakash e un gruppo di ricerca di Stanford ha cercato di sfruttare la potenza centrifuga di uno yo-yo, e sono stati in grado di registrare delle velocità abbastanza elevate. Che, tuttavia, non erano ancora sufficienti.

Con riluttanza mettendo da parte lo yo-yo, Prakash e il suo team hanno provato un altro giocattolo popolare nella filatura di un tempo: la girandola  un antico giocattolo (o ornamento) costituito da una ruota al centro di un filo che gira a mano o con l’energia del vento . “Una notte stavo giocando con un pulsante e la stringa, e per curiosità, ho fatte delle riprese con una telecamera ad alta velocità per vedere quanto rapida sia una girandola e non riuscivo a credere ai miei occhi”, ha detto Saad Bhamla, post-dottorato assegnista di ricerca, dopo aver scoperto che il dispositivo arrivava ad una velocità da 10.000 a 15.000 giri al minuto.

Molto più veloce dello yo-yo, il team ha poi continuato a progettare una girandola efficiente, registrando una velocità senza precedenti di 125.000 giri al minuto. Dal momento che la prima versione è stata fatto da carta, gli ingegneri hanno chiamano il loro dispositivo un “paperfuge.” (Una versione stampata in 3d sarebbe stata fatta in seguito.)

Per fare un paperfuge, tutto ciò che è necessario è carta patinata con film polimerico, una stringa e un tubo in PVC o legno. Per azionarlo, i campioni di sangue sono fissati al disco centrale, dopo di che l’utente può tirare la corda per iniziare rapidi giri. Questa rotazione rapida induce le cellule a separarsi, proprio come farebbero con una centrifuga elettrica più costosa.

Per validare il loro progetto, hanno dovuto prima assicurarsi che il paperfuge avrebbe funzionato sul campo. Hanno prenotato di conseguenza un viaggio in Madagascar per provare il dispositivo . Per fortuna, il test è stato un successo, e gli operatori sanitari locali sono stati in grado di far girare i campioni di sangue al fine di testare i parassiti. Meglio ancora, il paperfuge costa solo 20 centesimi  e potrebbe quindi essere utilizzato da qualsiasi personale medico con l’accesso ai materiali disponibili.

Oltre a creare versioni cartacee del proprio dispositivo, i ricercatori hanno cercato anchedi fare uno strumento simile con una stampante 3D SLA. Con questo metodo, sono stati in grado di stampare in 3D oltre 100 dispositivi whirligig di plastica in un giorno. Spiegano: “Grazie all’uso di una stampante desktop 3D (Form2, Formlabs), abbiamo rapidamente stampato dei prototipi di diversi leggeri (20 g) i ” 3D-fuges ‘che giravano a una velocità di circa 10.000 giri per minuto Questi apre ulteriori opportunità con la possibilità di produrre milioni di centrifughe utilizzando tecniche di stampaggio ad iniezione “.

Anche se non è veloce come la versione cartacea del paperfuge, i dispositivi stampati in 3d potrebbero potenzialmente essere più durevoli e resistente, un attributo utile in luoghi in cui l’accesso ai materiali di base è limitato.

Il documento della ricerca che comprende lo sviluppo e la sperimentazione del paperfuge è stato pubblicato su Nature Biomedical Engineering.

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