Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) desenvolveram nanossensores que analisam rapidamente os componentes da respiração exalada para detectar traços de moléculas associadas a certas doenças. Seu desempenho e precisão foram aprimorados com a criação de nanocatalisadores encapsulados em proteínas.

"Esta nova plataforma de análise de gás respiratório será muito útil para reduzir despesas médicas e o monitoramento contínuo das condições físicas, "diz Il-Doo Kim do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da KAIST.

Diversos componentes podem ser encontrados na respiração humana, incluindo vapor de água, hidrogênio, acetona, tolueno, amônia, sulfeto de hidrogênio e monóxido de carbono. Alguns desses componentes estão intimamente relacionados a condições como asma, câncer de pulmão, diabetes tipo I e mau hálito crônico.

Tem sido um desafio projetar sensores de respiração que reagem apenas a biomarcadores específicos porque existem milhares de gases na respiração exalada que podem interferir nos resultados. Além disso, o mesmo componente pode ser vinculado a várias condições.

Os pesquisadores desenvolveram uma nova plataforma de detecção para melhorar a sensibilidade e seletividade do sensor. Eles usaram apoferritinas, que são proteínas com estruturas ocas de nanocage, para encapsular minúsculas partículas de nanocatalisador. Os catalisadores encapsulados foram adicionados à nanofibra de detecção primária, que é feito de um óxido de metal semicondutor.

A equipe usou um método chamado 'electrospinning', em que uma solução contendo as nanopartículas de catalisador, sais de metal e polímero de matriz são injetados em uma superfície sob campos elétricos de alta voltagem para fazer nanofibras unidimensionais. Então, um processo de alta temperatura resulta em nanofibras consistentes com grandes áreas de superfície e poros, e catalisadores uniformemente distribuídos ao longo das nanofibras de óxido de metal semicondutor.

Os sensores contendo as nanofibras de óxido de metal carregadas com catalisador eram muito sensíveis, detectar biomarcadores com uma concentração de uma parte por milhão em uma respiração exalada dentro de dez a 50 segundos. Os pesquisadores atribuem essa sensibilidade aumentada ao aumento da área de superfície disponível para as reações que ocorrem entre a molécula alvo e o sensor. Os sensores também eram altamente seletivos. As nanofibras reagiram principalmente com o biomarcador alvo, graças aos catalisadores de liga contendo dois tipos de metais, em vez de apenas um tipo. Esses catalisadores com combinações únicas de metais podem ajudar a estabelecer 'bibliotecas de detecção' para vários biomarcadores.

A equipe criou uma plataforma de sensor móvel que pode analisar as moléculas da respiração exalada coletadas em um saco de amostragem de gás e, em seguida, enviar os resultados para um smartphone. Alguns problemas permanecem antes que as plataformas de diagnóstico com base na respiração possam ser totalmente implantadas, como a diferenciação entre dois transtornos que compartilham um biomarcador.

Os resultados deste estudo foram selecionados como artigo de capa da edição de julho de 2017 da Contas de pesquisa química e a edição de setembro de 2017 de Materiais avançados .