Sangue, suor e água:novos dispositivos analíticos em papel rastreiam facilmente a saúde e o meio ambiente
Apenas uma simples picada no dedo é necessária para fornecer uma amostra, que pode ser enviada a um laboratório para contagem de glóbulos brancos e outras medições. “É provável que esta tecnologia tenha aplicações adicionais em doenças infecciosas, como a detecção de níveis de vírus e parasitas no sangue e, de forma mais geral, na detecção de marcadores de saúde e bem-estar”, diz Charlie Mace. Crédito:Charlie Mace Quando você precisa medir a contagem de glóbulos brancos, geralmente envolve idas a clínicas e equipamentos caros para análise. Da mesma forma, verificar a qualidade da água em busca de contaminantes pode ser um processo demorado.
Mas agora os pesquisadores da Tufts estão descobrindo maneiras de fazer alguns desses testes que reduzem enormemente os custos e os tornam mais amplamente disponíveis. Eles estão usando algo onipresente:papel. Seus testes inovadores em papel para monitorar a saúde pessoal e a segurança ambiental eliminam a necessidade de equipamentos laboratoriais caros e podem ser realizados por qualquer pessoa, em qualquer lugar.
Conhecidos como dispositivos analíticos de papel, eles podem ser fabricados de forma barata, armazenados por longos períodos de tempo, distribuídos para uso em áreas remotas e usados para coletar informações críticas quando e onde forem mais necessárias. Cada um deles também representa uma plataforma tecnológica que pode ser estendida para medir outros marcadores para a saúde e o meio ambiente.
Faça uma das medições mais vitais nos cuidados de saúde:a contagem de células sanguíneas. Medir apenas os glóbulos brancos dá pistas sobre tudo, desde infecções a doenças autoimunes e câncer. Embora a recolha de amostras – uma colheita de sangue – pareça simples, requer uma visita a uma clínica e acesso a laboratórios clínicos centralizados para análise. Grandes populações de pessoas – aquelas que vivem em casa ou em locais remotos – não têm esse acesso.
Charlie Mace, professor associado de química, pensou em uma maneira de ajudar. Ele e sua equipe criaram um dispositivo de papel chamado cartão de sangue seco padronizado, no qual o papel é projetado com canais e zonas de coleta que medem volumes definidos de sangue e permitem que ele seque no local para análise posterior. A pesquisa foi publicada na revista Analytical Chemistry .
Tudo o que os usuários precisam fazer é coletar sangue em casa com uma picada no dedo e enviar a amostra para um laboratório, que mede a quantidade de DNA exclusivo dos glóbulos brancos e indica o número de células presentes.
“Já existem métodos de coleta de sangue em cartões de papel, mas apresentam imprecisões porque tanto o material quanto o usuário introduzem variações que afetam o volume de sangue medido”, disse Mace. "Os cartões padronizados resolvem esse problema, e a forma como medimos as contagens - com instrumentos que quantificam o DNA em vez de células inteiras - significa que não dependemos de que as células cheguem intactas."
Através de colaborações locais, o trabalho de Mace neste e em outros dispositivos analíticos de papel alcançou a África do Sul, Gana e outros países africanos, bem como a América do Sul. “As pessoas em regiões remotas e de baixos rendimentos tendem a ter acesso reduzido aos cuidados de saúde, o que torna ainda mais importante encontrar formas mais baratas e fáceis de monitorizar os indicadores de saúde”, disse Mace.
“É provável que esta tecnologia tenha aplicações adicionais em doenças infecciosas, como a detecção de níveis de vírus e parasitas no sangue e, de forma mais geral, na detecção de marcadores de saúde e bem-estar”.
Ao entrar em contato com o suor, os pontos responsivos ao lactato mudam de cor de amarelo para vermelho escuro como um sinal de concentração de lactato, enquanto os círculos de referência não reativos em cada canto fornecem marcadores para corrigir artefatos de iluminação quando as intensidades de cor são medidas usando uma câmera de telefone . Crédito:Cortesia de Silklab
Um indicador de saúde suado
Fiorenzo Omenetto, professor de engenharia Frank C. Doble, e sua equipe do Silklab da Tufts University criaram um dispositivo analítico de papel que pode medir o lactato, também conhecido como ácido láctico, no suor. Um artigo sobre esta inovação foi publicado na Advanced Sensor Research .
As medidas de lactato podem indicar deficiência de oxigênio e ser utilizadas como preditor de mortalidade em pacientes traumatizados. Para atletas ou trabalhadores em condições fisicamente estressantes, o lactato fornece uma medida quantitativa da fadiga muscular, bem como dos níveis de condicionamento físico e de condicionamento físico.
Omenetto usou tintas biorreativas derivadas da fibroína da seda – o bloco de construção das fibras da seda – combinadas com enzimas que processam o lactato para desencadear uma mudança de cor quando ele está presente.
As tintas são impressas em pequenas abas circulares de papel, que são coladas à pele por meio de um filme transparente comum usado em curativos. A cor das pastilhas muda de amarelo para vermelho escuro dependendo da concentração de lactato no suor. Essas mudanças de cor são medidas usando uma câmera de smartphone e têm precisão comparável aos resultados obtidos com equipamentos de laboratório caros.
“A fibroína da seda tem uma capacidade notável de estabilizar as enzimas da tinta, por isso os adesivos têm uma vida útil muito longa – até agora, mais de dois anos sob refrigeração”, disse Elisabetta Ruggeri, EG25, que liderou o desenvolvimento dos dispositivos de papel. “O método pode ser expandido para fazer tintas que medem outros elementos do suor – para obter um perfil mais completo da saúde e do desempenho da pessoa com um painel de abas de papel.
Padrão ouro para testes de água
Em todo o mundo, a má qualidade da água e as doenças transmitidas pela água são problemas graves e afectam milhões de pessoas. Agora Sameer Sonkusale, professor de engenharia elétrica e de computação, e o Nano Lab da Tufts University desenvolveram um novo dispositivo analítico de papel que pode detectar e medir a contaminação bacteriana na água. Esta pesquisa foi publicada em ACS Sensors .
Um cartão de papel com vários canais de amostra pode detectar contaminação bacteriana em fontes de água usando um aplicativo de detecção de mudança de cor em um smartphone. Crédito:Sameer Sonkusale
O método utiliza nanopartículas de ouro ligadas a um antibiótico chamado polimixina, que se liga a bactérias gram-negativas – as suspeitas habituais na contaminação da água. Quando as bactérias estão presentes, elas se ligam e agregam as partículas de ouro no dispositivo. À medida que as partículas de ouro se acumulam, elas começam a mudar de cor de rosa avermelhado para azul. Uma câmera de smartphone e um aplicativo pronto para uso chamado ColorAssist permitem medir a mudança de cor e podem quantificar o nível de bactérias na amostra.
Na verdade, no mesmo dispositivo analítico de papel, os investigadores criaram outra zona de recolha que quantifica a presença de nitrito, outro contaminante perigoso na água. A impressão e a fusão em um padrão de cera criam zonas e canais de teste no dispositivo de papel. Desta forma, um dispositivo poderia ser projetado para testar um grande número de contaminantes diferentes em uma amostra de água.
O uso de nanopartículas de ouro, em vez de enzimas ou anticorpos, garante que os testes em papel sejam estáveis e possam ser armazenados por longos períodos sem refrigeração. Apesar de consistirem basicamente de um pedaço de papel e um smartphone, os testes são comparáveis em precisão aos ensaios comerciais e laboratoriais.
Há muitas vantagens nestes dispositivos de papel de qualidade da água baratos e fáceis de usar, especialmente para monitorar a água em áreas remotas do mundo onde falta infraestrutura de saneamento.
Os dispositivos de papel também podem monitorar a água usada para lavar os produtos e alertar os usuários sobre quaisquer patógenos potencialmente nocivos de origem alimentar. Para os militares, o acesso à água potável é fundamental para as operações, e um teste de qualidade da água simples, leve e barato, em papel, pode ser um recurso vital.
O dispositivo de papel da Sonkusale também tem aplicações na saúde além de testar a qualidade da água. “Infelizmente, a detecção de infecções do trato urinário é um problema muito comum, principalmente entre mulheres e idosos”, disse ele. “Podemos colocar um teste em papel fácil de usar nas mãos de cada paciente suscetível e, com a detecção precoce, salvar muitas vidas, uma vez que a infecção muitas vezes pode evoluir para sepse se não for detectada a tempo”.
