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ELETTRONICA OGGI 497 - OTTOBRE 2021 25 ANALOG FIR TECHNOLOGY (denominata emittanza radiante) è proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura superficiale, come indicato nell’equazione seguente: J = η σT4 Dove: J = emittanza totale [W/m2] η = emissività - che è una proprietà superficiale del campione da misurare (per i materiali non metallici assume un valore pari a circa 1) σ = la costante di Stefan-Boltzmann - che è 5,67 x 10-8 [W/m2/K4] T = Temperatura assoluta della superficie [K] Uno dei metodi più efficaci per eseguire la misura della temperatura senza contatto è tramite una termopila. In parole povere, essa consiste in un insieme di termocoppie collegate in serie. Combinate assieme, queste ultime generano una tensione proporzionale alla differenza di temperatura tra due punti, consentendo così di determinare la temperatura relativa. I sensori a termopila di Melexis si basano su una struttura a sistemi microelettromeccanici (MEMS), che consentono di ottenere una considerevole miniaturizzazione. Essi presentano una serie di giunzioni calde su una sottile membrana isolata termicamente. Grazie alla bassa massa termica delle loro membrane, tali sistemi impiegano pochissimo tempo per rispondere alla radiazione FIR incidente. Viene così misurata una differenza di temperatura generando in uscita un segnale corrispondente. L’inclusione di un termistore di riferimento, che monitora il valore della temperatura ambiente, consente di ricavare un valore di temperatura assoluta. Esempio di caso d’uso della misura della temperatura senza contatto: l’analisi PCR Uno dei modi in cui la termometria senza contatto ha aiutato nella lotta contro il COVID-19 è attraverso il controllo efficace della temperatura nei laboratori che eseguono le analisi dei risultati dei test di reazione a catena della polimerasi (PCR). L’analisi PCR fornisce un modo per rilevare la presenza di virus nei campioni biologici. Il processo consente nel replicare più volte il DNA specifico, amplificandolo in modo da rendere più facile per il personale di laboratorio rilevare la presenza di DNA prodotto dal virus. Il processo di analisi PCR consiste in tre fasi fondamentali (Fig. 1). Il primo di questi è la denaturazione, in cui l’esposizione a temperature elevate (circa 96 °C per un periodo di circa 30 secondi) rompe i legami a idrogeno del DNA del campione. Ciò fa sì che la caratteristica struttura a doppiaelicasidivida induefilamentidiDNAseparati.Questi profili di filamenti fungeranno da base sui quali procederà l’amplificazione. Successivamente, la temperatura viene ridotta e i profili di filamenti DNAvengono ricotti,mentre le molecole del primer DNA si legano alle aree complementari sui due profili di DNA. In questo contesto, è essenziale effettuare un controllo preciso della temperatura, in modo da assicurarsi che i primer si attacchino correttamente. In seguito, si può procedere con l’allungamento. In tale processo, gli enzimi della polimerasi aggiungono nucleotidi ai profili/primer, per dare origine a nuovemolecole a doppio filamento, con la formazione di due repliche identiche dell’originale. Il processo viene quindi ripetuto, e il numero di molecole raddoppia ogni volta che si completa un ciclo. In un lasso di tempo relativamente breve si possono generare oltre un miliardo di molecole di DNA. Per fornire la temperatura specificanecessariaper ogni fase delprocessoPCR, siutilizzauntermociclatore.Quest’ultimo espone le pipette del campione (che sono tutte conservate in un blocco termico) a un profilo termico ben definito, in cui la temperatura viene raggiunta esattamente in ogni fase e viene mantenuta per la durata ottimale. Per mantenere la temperatura stabile durante tutto il processo e garantire una ripetibilità costante a ogni nuovo ciclo, è richiesta una stretta regolazione. Ciò richiede un monitoraggio accurato e in tempo reale della temperatura. Quando i campioni vengono sostituiti frequentemente, poiché le pressioni logistiche impongono l’esecuzione delle Fig. 1 - Schema che mostra le 3 fasi dell’amplificazione del DNA previste nell’analisi PCR