Os pesquisadores desenvolveram um método exclusivo de impressão a jato de tinta para a fabricação de lasers de microdisco de polímero minúsculo biocompatível para aplicações de biossensor. A abordagem permite a produção do laser e do sensor em temperatura ambiente, ambiente ao ar livre, potencialmente permitindo novos usos de tecnologias de biossensor para monitoramento de saúde e diagnóstico de doenças.

"A capacidade de usar uma impressora a jato de tinta comercial portátil e barata para fabricar um sensor em um ambiente ambiente pode tornar possível a produção de biossensores no local conforme necessário, "disse o líder da equipe de pesquisa Hiroaki Yoshioka da Universidade de Kyushu no Japão." Isso poderia ajudar a tornar o biossensorio generalizado, mesmo em países e regiões economicamente desfavorecidos, onde pode ser usado para testes bioquímicos simples, incluindo aqueles para detecção de patógenos. "

No jornal The Optical Society (OSA) Optical Materials Express , os pesquisadores descrevem a capacidade de imprimir lasers de microdisco tão pequenos quanto o diâmetro de um cabelo humano a partir de um polímero especialmente desenvolvido chamado FC-V-50. Eles também mostram que os microdiscos podem ser usados ​​com sucesso para biossensorio com o sistema biotina-avidina amplamente utilizado.

"Nossa técnica pode ser usada para imprimir em quase qualquer substrato, "disse Yoshioka." Isso significa que um dia poderá ser possível imprimir um sensor para monitoramento de saúde diretamente na superfície da unha de uma pessoa, por exemplo."

Eliminando o calor

Muitos dos biossensores atuais usam a forte interação entre as moléculas de biotina e avidina para detectar a presença de proteínas que indicam infecção ou doença. Isso normalmente envolve marcar uma molécula de interesse com biotina e, em seguida, detectar quando a avidina se liga a ela.

Uma maneira de medir a ligação biotina-avidina é adicionar uma proteína marcada com biotina à superfície de uma microcavidade óptica que atua como um laser em miniatura. Quando a avidina se liga à biotina na microcavidade, suas propriedades ópticas mudam o suficiente para deslocar a emissão de luz de uma forma que pode ser usada para detectar ligações.

Contudo, o processo de modificação necessário para adicionar biotina à superfície das microcavidades é tedioso e demorado. Também requer tratamentos térmicos de alta temperatura que não são compatíveis com todos os materiais, como polímeros.

"Desenvolvemos um microdisco orgânico a laser de cavidade óptica para biossensor usando FC-V-50, "disse Yoshioka." Este polímero a jato de tinta especial tem um grupo funcional carboxila que é compatível com a biotina, o que elimina a necessidade de qualquer tipo de tratamento térmico. "

Sensores de impressão

Para produzir lasers de microdisco, os pesquisadores desenvolveram uma tinta que continha FC-V-50 e um corante a laser. Um elemento piezoelétrico embutido em um bico de jato de tinta do tamanho de um fio de cabelo permite um único, minúscula gota de tinta a ser ejetada quando uma voltagem é aplicada. Depois de seco, esta gota impressa emitirá luz quando a luz de excitação for aplicada. Conforme a luz viaja ao longo da circunferência interna do disco, ela é amplificada para gerar luz laser.

Para transformar o laser do microdisco em um sensor, os pesquisadores imprimiram um microdisco usando seu método de jato de tinta e, em seguida, adicionaram reagentes que permitiram que a biotina se imobilizasse em sua superfície em temperatura ambiente. Eles então usaram luz para excitar o laser do microdisco sob um microscópio e mediram o espectro de emissão do laser de referência. Próximo, eles derramaram a solução de avidina na superfície do microdisco e lavaram qualquer coisa que não se ligasse à biotina. A emissão do laser foi medida novamente para ver como ela se desviou do espectro de referência.

Para testar o método, os pesquisadores fabricaram biossensores e mediram sua capacidade de detectar a proteína estreptavidina em diferentes concentrações. Eles foram capazes de detectar uma mudança máxima de modo de 0,02 nanômetros para uma concentração de 0,1 partes por milhão de estreptavidina. Agora que eles demonstraram a capacidade de imprimir biossensores em funcionamento, eles planejam avaliar e otimizar ainda mais o desempenho do sensor. Dispositivos portáteis para medir a emissão de luz também precisariam ser desenvolvidos para os sensores a serem usados ​​no ponto de atendimento.