CHAIN-RF - nti-Counterfeiting and Healthcare diagnostic Innovation: Nanoanalyzer RadioFrequency operations

Bando Regione Toscana
PR FESR TOSCANA 2021 – 2027 - AZIONE 1.1.4 RICERCA E SVILUPPO PER LE IMPRESE

euro 201.451,25

periodo dal 07/12/2024 al 06/03/2026

Responsabile scientifico Filippo Costa

Il progetto CHAIN-RF si configura come un'iniziativa avanzata nel campo della ricerca e sviluppo industriale, mirata a potenziare le prestazioni, implementare tecniche avanzate di anticontraffazione e ridurre l'impatto ambientale del primo prodotto di INTA, chiamato NanoAnalyzer. Grazie alla collaborazione con aziende sul territorio regionale, come QUANTAVIS e MININGFUL, e enti di ricerca come il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa (UNIPI-DII), sarà possibile migliorare notevolmente aspetti chiave del prodotto per consolidare il posizionamento di INTA sul mercato dei biosensori, il posizionamento di QUANTAVIS nel campo dell’anticontraffazione dei dispositivi biomedicali, creare nuove metodologie di anali dati basate anche su intelligenza artificiale legate ai sistemi diagnostici e avanzare lo stato dell’arte sulla modellizzazione di dispositivi a radiofrequenza (RF). Il NanoAnalyzer si configura come una piattaforma diagnostica portatile e all'avanguardia, che sfrutta le potenzialità delle nanotecnologie e della microfluidica per analizzare sostanze biologiche come proteine, anticorpi e batteri presenti nei liquidi sul punto di necessità (point-of-need, PoN), cioè in maniera semplice e portabile. Questo dispositivo incorpora avanzati biosensori brevettati e tecnologie di analisi dati basate sull'intelligenza artificiale, promuovendo diagnosi rapide e affidabili in modalità PoN. I biosensori sono basati su risonatori acustici miniaturizzati la cui frequenza di risonanza viene monitorata mediante un circuito a radiofrequenza (RF). Sulla superficie attiva dei risonatori vengono legate delle molecole sonda in grado di identificare la sostanza biologica che si vuole misurare. La modalità di rilevazione è basata sulla quantificazione della massa adesa, difatti questa tecnologia può essere assimilata a delle nano bilance. Il NanoAnalyzer, basato su hardware e software progettato ad-hoc, offre la possibilità di avere un laboratorio portatile permettendo di superare i limiti imposti da strumentazioni di grandi dimensioni e laboratori centralizzati, offrendo soluzioni più accessibili e meno onerose. La tecnologia utilizzata, proprietaria e brevettata, rappresenta una rivoluzione nel campo della diagnostica, con ampie applicazioni sia nel settore della salute che in quello ambientale. Con la previsione di essere pienamente operativo e conforme alla marcatura CE-RUO (solo a scopi di ricerca) entro i primi mesi del 2025, il NanoAnalyzer si prefigge come obiettivo principale quello di diventare un elemento cruciale nella diagnosi di lesioni cerebrali tramite l'identificazione di marcatori proteici nel sangue. Inoltre, le sue applicazioni si estendono al monitoraggio ambientale, alla sicurezza e all'industria 4.0, dimostrando la versatilità e l'importanza di questo dispositivo nell'ambito della diagnostica moderna. La lettura dell’informazione basata sul circuito a radio frequenza rappresenta il fulcro del NanoAnalyzer in quanto l’affidabilità, la ripetibilità della misura e quindi l'affidabilità dell’informazione è fortemente legata alla capacità di gestire efficacemente segnali elettromagnetici analogici a RF nel range di frequenze delle microonde (banda S). Questa capacità pone sfide notevoli rispetto alla tradizionale elettronica digitale, a causa della necessità di selezionare e installare con precisione componenti critici per il suo funzionamento. Gli aspetti critici relativi alle radio frequenze motivano il coinvolgimento nel progetto del gruppo di microonde dell’università di Pisa, denominato di seguito UNIPI-DII. L’Università di Pisa sfrutterà le competenze acquisite nel corso dei progetti MSCA-RISE EMERGENT di Horizon 2020 e PRIN GREEN TAGS nell’ambito della sensoristica passiva a radio frequenza per migliorare l’affidabilità e la robustezza del NanoAnalyzer. Le attività sviluppate saranno inoltre funzionali a potenziate le attività di sensoristica a radio frequenza del gruppo di ricerca dove l’interrogazione a radio frequenza di risuonatori rappresentano un aspetto fondamentale. Altro obiettivo strategico del progetto è l’introduzione di una soluzione anticontraffazione utilizzabile nel NanoAnalyzer, basata sull’uso di funzioni fisiche non clonabili in silicio ad alta entropia, una tecnologia basata su circuiti integrati proprietari di QUANTAVIS per la verifica dell’autenticità di dispositivi biomedicali e farmaci, che offre un’alta robustezza ad attacchi a forza bruta e ad attacchi basati su intelligenza artificiale. QUANTAVIS sta sviluppando la propria tecnologia nell’ambito del progetto EIC Transition ENTROPIC di Horizon Europe, e nel presente progetto vuole sviluppare un’estensione di tale tecnologia al contesto della diagnostica biomedicale, per cui il NanoAnalyzer può rappresentare un esempio particolarmente significativo. Il progetto CHAIN-RF è stato quindi pensato per affrontare e superare alcune delle sfide più significative relative alla tecnologia centrale del NanoAnalyzer e degli strumenti diagnostici medicali in generale, con particolare riferimento alla catena di segnale a RF che permette il funzionamento del sistema biosensoristico proprietario di INTA oltre a sistemi di anticontraffazione. Questo sistema si basa sull'uso intensivo delle RF per interrogare i biosensori e quantificare con precisione le sostanze biologiche. Componente vitale del NanoAnalyzer è quindi la catena di segnale, che necessita di connessioni RF ad alta integrità e robustezza. Tali connessioni sono critiche, in quanto collegano direttamente il lettore, riutilizzabile, alle cartucce monouso, che ospitano il chip brevettato. Il progetto CHAIN-RF, grazie all’intervento di tutti i partner di progetto, si prefigge di rafforzare ulteriormente il già avanzato NanoAnalyzer, risolvendo problemi legati ai nodi critici della catena RF, riducendo i costi di produzione, ottimizzando la gestione delle emissioni e delle ricezioni RF indesiderate, abbattendo l’impatto ambientale dello strumento e allungandone il tempo di vita. Il tutto mantenendo delle performance di alta qualità. Uno degli obiettivi di CHAIN-RF è quello, ad esempio, di sviluppare alternative ai connettori RF pogo attualmente impiegati nel prodotto e chiamati anche soluzione standard nel testo del progetto, forniti da Rosenberger. Questi connettori, nonostante siano funzionali, presentano delle limitazioni in termini di costi, durata e conformità parziale alle normative RoHS, oltre a dipendere da un unico fornitore, che introduce un rischio nel processo di approvvigionamento. CHAIN-RF intende esplorare l'utilizzo dei connettori a clip RF, chiamati soluzione innovativa nel testo del progetto, un'opzione promettente in quanto a caratteristiche di economicità, maggiore durata e piena conformità RoHS. Questa soluzione offre vantaggi in termini di costi di produzione, impatto ambientale conforme alla normativa RoHS, e durata di vita del prodotto con un importante impatto nella commercializzazione del prodotto. Per raggiungere questo primo obiettivo sarà di fondamentale importanza la competenza di UNIPI-DII nello studio e modellizzazione degli aspetti legati alle radio frequenze. Successivamente ad uno studio teorico/computazionale, i partner di progetto quali QUANTAVIS, azienda esperta in elettronica embedded innovativa, e MININGFUL, azienda esperta in data science, si propongono di studiare, caratterizzare, produrre e testare prototipi con le nuove soluzioni di connessione, valutandone l'impatto sulla catena di fornitura del NanoAnalyzer, in vista di una potenziale produzione di massa. Unitamente agli aspetti legati all’hardware, sarà data importanza particolare anche all’analisi dei dati raccolti prima e dopo l’introduzione delle nuove soluzioni di connessione, in un’ottica di implementazione di algoritmi avanzati basati sull'intelligenza artificiale, per valutare accuratamente l’impatto sulla catena RF della soluzione identificata e potenzialmente sviluppare dei modelli di controllo qualità. Il tema relativo alla soluzione di anticontraffazione sarà sviluppato principalmente da QUANTAVIS con la collaborazione di INTA al fine di verificare l’adattabilità e l’integrazione alla tecnologia nel NanoAnalyzer. Al termine del progetto, si mira a raggiungere un TRL di almeno 8, assicurando che le soluzioni sviluppate siano compatibili con il sistema esistente e pronte per il mercato. CHAIN-RF non solo rafforzerà la posizione di INTA nel mercato della diagnostica rapida e accessibile e di QUANTAVIS nel campo delle tecnologie abilitanti di anticontraffazione per i dispositivi biomedicali, ma anche di MININGFUL tramite la creazione di algoritmi diagnostici innovativi e traslabili e dell’Università di Pisa nell’avanzamento dello stato dell’arte sulla modellizzazione di dispositivi RF. Inoltre, il progetto supporterà anche l'adozione di pratiche sostenibili e responsabili, in linea con i propri obiettivi di responsabilità sociale e ambientale.