Os testes de diagnóstico em papel são baratos, conveniente e biodegradável. Contudo, seu uso é limitado por corantes convencionais - que não são brilhantes o suficiente para mostrar traços de analito, são propensos a desbotamento, e pode ser ambientalmente tóxico.

Agora, os pesquisadores estão usando a física quântica para superar essas limitações, diz uma crítica publicada em Fronteiras em Bioengenharia e Biotecnologia . As propriedades ópticas bizarras de minúsculas partículas de metal - menores do que ondas de luz - podem ser capturadas no papel para detectar até mesmo uma única molécula-alvo em uma amostra de teste. Esses dispositivos de teste hipersensíveis podem ser montados e personalizados no ponto de uso em ambientes de poucos recursos, com aplicações virtualmente ilimitadas que abrangem a medicina, forense, fabricação e segurança ambiental.

"Uma nova geração de dispositivos analíticos baseados em papel está sendo desenvolvida, que usam nanopartículas de metal para identificação de analito, "diz o autor principal, Dr. Eden Morales-Narváez, do Center for Optics Research in Mexico." Isso permitirá testes de baixo custo em ambientes com poucos recursos, de clínicas a cenas de crime e fontes de água contaminadas. "

Os diagnósticos baseados em papel são inteligentes, mas não brilhantes

O papel é um meio ideal para barato, dispositivos de diagnóstico acessíveis - e já percorreu um longo caminho desde as tiras do tipo teste de gravidez que simplesmente misturam uma amostra com um produto químico em teste.

"Dispositivos de papel podem filtrar, concentrar e misturar reagentes com tempo e sequência controlados - usando diretrizes que podem ser pontuadas, desenhado ou mesmo impresso, "explica Morales-Narváez." Alguns grupos até usaram origami para variar a direção do fluxo e adicionar etapas de processamento que permitem mais sofisticação, reações duplicadas ou paralelas usando um único dispositivo de papel. "

A verdadeira dificuldade está na leitura dos resultados desses testes em papel.

"As reações de teste são configuradas de modo que, se a substância de interesse ou 'analito' - um biomarcador ou poluente, por exemplo - está presente em uma amostra, um pigmento colorido é produzido ou alterado.

"O problema é que os pigmentos convencionais produzem cores absorvendo seletivamente alguns comprimentos de onda e simplesmente refletindo outros - por exemplo, a tinta vermelha parece vermelha porque é fortemente absorvida nas regiões espectrais azuis e verdes.

"Isso significa que para que ocorra uma mudança de cor visível, quantidades relativamente grandes de analito são necessárias. Em outras palavras, o teste não é muito sensível. "

Para piorar as coisas, o resultado do teste não pode ser salvo como um registro porque os pigmentos estão sujeitos a desbotamento, e em alguns casos não podem ser descartados com segurança devido à toxicidade do pigmento.

Uma solução de física quântica

O que os testes em papel precisam é de um indicador de cor ultrabrilhante. Nanopartículas de metal cue (MNPs).

"Os MNPs podem dar uma luz mais brilhante, sinal de cor duradouro, uma vez que amplificam dramaticamente um determinado comprimento de onda de luz, em vez de simplesmente refleti-la, "resume Morales-Narváez.

Como o nome sugere, Os MNPs são peças de metal do tamanho de nanômetros. Cerca de 10-100 vezes menor do que as ondas de luz, seu comportamento entra no estranho reino da física quântica.

"Simplificando:os metais consistem em uma rede fixa de íons positivos, que compartilham uma "nuvem" de elétrons livres carregados negativamente.

"Em pedaços de metal do tamanho de nanômetros, certos comprimentos de onda de luz fazem esses elétrons livres vibrarem em relação aos íons positivos fixos no metal. Esta vibração amplifica a luz, emitindo uma cor mais brilhante. "

Ainda confuso? Lembre-se de que a luz é um campo eletromagnético visível. Imagine um cubo de metal colocado dentro deste campo. Elétrons, sendo carregado negativamente, irá mover-se para o pólo positivo do campo, descobrindo íons metálicos positivos no pólo negativo. Quando o campo se vai (ou melhor, quando ele - a onda de luz - oscila), os elétrons se movem na direção oposta, repelidos uns pelos outros e atraídos de volta para os íons metálicos positivos descobertos. Os elétrons oscilam para frente e para trás dessa maneira com a mudança de polaridade do campo eletromagnético.

Diagnósticos ultra-sensíveis baseados em papel

Crucialmente, o comprimento de onda específico que faz com que os elétrons livres vibrem é ajustável - portanto, a cor amplificada por MNPs depende de sua forma, tamanho e espaçamento, bem como o tipo de metal e meio circundante.

Como resultado, Existem várias maneiras de acoplar uma reação de teste baseada em papel a uma mudança na cor MNP.

"Você pode fazer MNPs que ligam o analito, em seguida, deixe-os fluir em solução sobre elementos de biorreconhecimento fixos no papel, como anticorpos, que também ligam o analito. Um teste positivo fará com que os MNPs se acumulem e, assim, alterem seu espaçamento e arredores.

"Alternativamente, Os MNPs podem ser liberados de uma molécula de retenção quando esta reage com um analito.

"Alguns analitos podem até erodir MNPs, causando uma mudança de cor diretamente. Por exemplo, amônia e outros compostos voláteis da deterioração de alimentos, ou radiação ultravioleta da exposição ao sol. "

O resultado:diagnósticos de papel ultrassensível.

"Os MNPs podem produzir mudanças de cor visíveis mesmo em concentrações attomolares de analito, "confirma Morales-Narváez.

Isso é cerca de 30 moléculas por gota de amostra de teste. Mas se o teste de papel for lido por uma máquina especial ao invés do olho humano, a sensibilidade é ainda maior.

"Combinado com uma técnica de varredura chamada espectroscopia Raman, MNPs podem relatar a detecção de uma única molécula de analito. "

Com mais de 10, 000 artigos de pesquisa explorando o uso de MNPs publicados apenas em 2018, pode não demorar muito para que dispositivos de diagnóstico de papel alimentados pela física quântica entrem no mercado.