Sviluppo di un sensore resistivo per il conteggio in tempo reale di agglomerati di anticorpi in dispositivi microfluidici

In this work of thesis, an innovative microfluidic device, Coulter counter based, is presented which relies on a differential electric current measurement for the detection of biosimilar monoclonal antibodies (mAb) agglomerates, carried out in collaboration with National Systems Ltd. The designed device has been realized in the cleanroom facility of Politecnico di Milano (Polifab) using standard photolithographic and soft-lithographic processes. Tests, carried out on the device, proved its capability to detect particles with a diameter ranging from 2µm to 16µm, with a volumetric ratio equal to 0.034%, being able to detect one micrometric particle suspended in 1.6mm3 of electrolytic solution while processing a quantity of solution equal to 10µl/min. The project is part of a wider European project, called ’Next-generation biopharmaceutical downstream process’ (nextBioPharmDSP), which include a consortium of companies such as: Lek Pharmaceuticals d.d., Karlsruhe Institute of Technology, Millipore S.A.S., National Systems Ltd and Sandoz GmbH. This project sets, as main target, the implementation of a fully integrated manufacturing platform for biosimilar mAb based on continuous chromatography, in combination with single-use disposable technology for all unit operations of the downstream process (DSP) on pilot/small production scale together with incorporation of advanced analytical tools.

In questo lavoro di tesi viene presentato un dispositivo microfluidico innovativo basato su tecnica di tipo Coulter counter a misura differenziale di corrente elettrica per la rilevazione di agglomerati di anticorpi monoclonali (mAb) biosimilari, realizzato in collaborazione con National Systems srl. Il dispositivo progettato ´e stato realizzato nella cleanroom del Politecnico di Milano (Polifab) mediante processi standard di fotolitografia e soft-lithograpy. Le prove effettuate sul dispositivo ne hanno mostrato la capacit´a di rilevare particelle da 2µm fino a 16µm di diametro, con rapporto volumetrico pari a 0.034%, riuscendo a rilevare una particella micrometrica in 1.6mm3 di soluzione elettrolitica, con portata di 10µl/min di liquido. Il progetto si inserisce in un pi´u ampio contesto di progetto Europeo, denominato ’Nextgeneration biopharmaceutical downstream process’ (nextBioPharmDSP), che vede, come partners, un consorzio aziende quali: Lek Pharmaceuticals d.d., Karlsruhe Institute of Technology, Millipore S.A.S., National Systems srl e Sandoz GmbH. Tale progetto si pone come obiettivo principale la realizzazione di una piattaforma di produzione di anticorpi monoclonali (mAb) biosimilari completamente integrata, basata sulla cromatografia continua, in combinazione con tecnologie monouso per tutte le operazioni dei processi di downstream (DSP) e l’incorporazione di strumenti analitici avanzati.