(Phys.org) —Uma das maiores promessas da nanotecnologia é interagir com o mundo biológico da mesma forma que nossas próprias células, mas os biossensores atuais devem ser feitos sob medida para detectar a presença de um tipo de proteína, cuja identidade deve ser previamente conhecida.

Os engenheiros da Universidade da Pensilvânia desenvolveram agora um novo tipo de biossensor à base de grafeno que funciona de três maneiras ao mesmo tempo. Como as proteínas acionam três tipos diferentes de sinais, o sensor pode triangular essas informações para produzir resultados mais sensíveis e precisos. Aproveitando a integração única de vários modos de detecção física no mesmo chip, este dispositivo sensor pode estender a faixa de detecção de concentração de proteína em mil vezes.

Este intervalo estendido pode ser particularmente útil no diagnóstico precoce de certos tipos de câncer, onde a concentração do biomarcador no sangue varia em ordens de magnitude de paciente para paciente. A capacidade de fazer várias detecções do mesmo biomarcador no mesmo chip também tem o potencial de reduzir falsos positivos e negativos em testes de diagnóstico médico.

Eventualmente, tal técnica poderia ser usada em um biossensor multiuso, que poderia identificar uma ampla gama de proteínas por meio de sua massa, bem como suas propriedades ópticas e elétricas.

Um biossensor que não precisasse ser ajustado para detectar apenas proteínas específicas teria uma série de aplicações biomédicas em dispositivos de diagnóstico.

O estudo, publicado no jornal Nano Letras , foi conduzido por Ertugrul Cubukcu, professor assistente nos departamentos de Ciência e Engenharia de Materiais e Engenharia Elétrica e de Sistemas na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn, e membros de seu laboratório, Alexander Y. Zhu, Fei Yi, Jason C. Reed e Hai Zhu.

"Em um biossensor de modo único típico, você tem duas proteínas que interagem fortemente. Você anexa a proteína A ao seu sensor e, quando a proteína B se liga a ela, o sensor transduz essa ligação em algum tipo de sinal elétrico, "Cubukcu disse, "Mas é uma espécie de sensor idiota, pois só pode dizer se esse tipo de ligação ocorreu.

"Mas digamos que você tenha proteínas A, B, C e D, todos com diferentes propriedades físicas, como carga e massa. Se você tivesse um sensor sensível a várias dessas propriedades, você poderia dizer a diferença entre esses eventos de ligação sem começar com as proteínas correspondentes para todos eles. "

Quanto mais modos de detecção operando ao mesmo tempo, melhor será o sensor em distinguir entre proteínas semelhantes. As proteínas A e B podem ter a mesma massa, mas cargas diferentes, enquanto as proteínas B e C têm as mesmas cargas, mas propriedades ópticas diferentes.

Um sensor multimodal, extraindo dados de várias categorias, poderia estreitar a identidade de uma proteína comparando esses valores com um grande banco de dados. Essa capacidade pode permitir que seja aplicada a amostras onde o conteúdo da proteína é desconhecido, uma grande atualização na tecnologia atual, que geralmente envolve a construção de sensores personalizados para detectar a presença de conjuntos predefinidos de proteínas.

Os sensores da equipe consistem em uma base de nitreto de silício, revestido com uma camada de grafeno, uma rede de átomos de carbono com a espessura de um único átomo. Ser baseado em carbono significa que o grafeno é uma superfície de ligação atraente para proteínas, o que significa que o dispositivo não precisa ser "funcionalizado" com proteínas aptas a interagir com as que o sensor pretende detectar.

A extrema finura do grafeno e as propriedades elétricas únicas também permitem a mecânica, modos elétricos e ópticos para operar simultaneamente sem interferir um com o outro.

"No modo mecânico, o grafeno é como a pele de um tambor, "disse Alexander Zhu, o primeiro autor do estudo, que era então um estudante de graduação trabalhando no laboratório de Cubukcu. "À medida que as proteínas se ligam, a massa total muda e a ressonância do tambor muda em função da massa total.

"No modo elétrico, podemos ver como os elétrons viajam pelo grafeno. A condutância é uma função do total de portadores disponíveis dentro, tão, se você tem algo ligado ao grafeno, isso muda o número de portadores e, portanto, as propriedades de condutância.

"Finalmente, no modo ótico, temos uma fonte de luz visível e a iluminamos no sensor e medimos o reflexo. Quando nada está vinculado, está vendo apenas ar, mas, assim que as proteínas se ligam, podemos medir a mudança no índice de refração. "

Em seu estudo, os pesquisadores testaram seu sensor com amostras conhecidas de proteínas para demonstrar que todos os três modos podem funcionar simultaneamente.

"Mostramos que uma amostra fornece todos os três turnos, "Yi disse, "na missa, leituras elétricas e ópticas. "

Trabalhos adicionais do grupo de Cubukcu investigarão a viabilidade do uso deste sensor multimodal para identificar proteínas de amostras desconhecidas.