Um novo conceito para um biossensor do metabólito lactato combina um polímero transportador de elétrons com lactato oxidase, que é a enzima que catalisa especificamente a oxidação do lactato. O lactato está associado a condições médicas críticas, portanto, sua detecção é importante para a saúde.

O desempenho do biossensor depende da transferência de elétrons entre o eletrodo de detecção e a enzima. Isso aumenta quando há uma diminuição na distância entre os locais ativos da enzima e a superfície do eletrodo. As enzimas redox surgiram como componentes ideais para biossensores porque sua capacidade de realizar a transferência de elétrons complementa sua especificidade na ligação ao alvo e na atividade catalítica.

Esforços típicos para alcançar uma boa comunicação elétrica envolvem modificações de eletrodos convolutos e mediadores adicionais, que são moléculas ativas redox que transportam elétrons entre o eletrodo e a enzima. Portanto, biossensores até o momento têm sido limitados em termos de seus metabólitos e ambientes alvo. Isso tem dificultado seu uso para aplicações em diversos campos, como biotecnologia, agricultura, e biomedicina. Em vez de, seu uso principal tem sido restrito a biossensores eletroquímicos in vitro para monitoramento de glicose em pacientes com diabetes.

Para preencher essa lacuna, Sahika Inal da KAUST e colaboradores do Imperial College London e da University of Cambridge, REINO UNIDO, desenvolveram um biossensor que pode ser adaptado em uma configuração de transistor em escala de mícron para detectar qualquer metabólito de interesse.

No coração do dispositivo de prova de conceito, os pesquisadores conjugaram a lactato oxidase com o chamado polímero transistor eletroquímico orgânico. Este polímero transportador de elétrons atua simultaneamente como um switch eficiente e um poderoso amplificador de sinal:ele pode aceitar elétrons da reação enzimática e sofrer múltiplas reações de redução através de vários sítios redox ativos.

Este polímero também possui cadeias laterais hidrofílicas que facilitam as interações intramoleculares com a lactato oxidase, que aproxima a enzima do material de transdução. Isso promove a comunicação elétrica e, consequentemente, aumenta a sensibilidade do polímero ao lactato. Essas interações polímero-enzima também evitam a modificação da superfície do eletrodo e o uso de um mediador, "que simplifica a fabricação do dispositivo, "explica Inal. Ela acrescenta que, ao contrário dos biossensores anteriores, o dispositivo não requer um eletrodo de referência, que fornece flexibilidade de design.

"Nosso maior desafio foi identificar o material certo para este sensor, "diz Inal. Após este primeiro obstáculo, sua equipe encontrou problemas ao interpretar a resposta do biossensor. “Este dispositivo nos surpreendeu com sua alta eficiência, " ela diz.

A equipe de Inal na KAUST está atualmente trabalhando em um projeto que detectará metabólitos em diferentes ambientes. "Uma aplicação óbvia para este sistema é um sensor de lactato lab-on-a-chip, "Ela acrescenta. Tal sensor seria especialmente útil em dispositivos de monitoramento de lactato vestíveis. Além disso, este novo sistema também abre novas opções de como as enzimas podem ser exploradas para gerar e armazenar energia.

O estudo é publicado em Avanços da Ciência .