p Encontrar soluções práticas para detectar proteínas, biomarcadores de câncer, vírus e outros pequenos objetos têm sido um desafio importante para pesquisadores em todo o mundo por décadas. Essas soluções prometem salvar vidas por meio de diagnósticos e tratamentos mais oportunos de infecções e doenças graves. p Agora, uma nova pesquisa da equipe da UCLA mostra como essas detecções podem ser feitas por uma fração do custo, usando dispositivos móveis "inteligentes" projetados por aprendizado de máquina.

p Um método para detectar pequenos objetos e biomarcadores relacionados é chamado de detecção plasmônica, que envolve brilhar a luz em nanoestruturas de metal para amplificar o campo elétrico local. A interação entre este campo elétrico amplificado e a molécula de interesse pode ser medida, revelando informações importantes sobre a concentração molecular e cinética. Embora os cientistas tenham explorado esse tipo de sensor por décadas, eles enfrentaram desafios quando se trata de ambientes fora dos laboratórios com recursos limitados. Isso ocorre porque instrumentos caros e volumosos são necessários para esse trabalho.

p O objetivo principal do aprendizado de máquina é "treinar" um algoritmo com uma grande quantidade de dados para que ele possa "aprender" tendências e estatísticas complexas e, por sua vez, ser usado para prever resultados com muito mais precisão do que um modelo tradicional. Por exemplo, O Google tem usado o aprendizado de máquina em aplicativos como reconhecimento de letras e números em nossas ruas e casas.

p A equipe UCLA, liderado por Aydogan Ozcan, Professor do Chanceler de Engenharia Elétrica e Bioengenharia e diretor associado do California NanoSystems Institute, pegou este conceito e o aplicou ao sensoriamento plasmônico, construir um dispositivo móvel e barato que é muito mais preciso do que os designs de sensores convencionais.

p O protótipo do dispositivo é leve e portátil, consistindo em um invólucro de plástico impresso 3-D, quatro diodos emissores de luz, ou LEDs, de cores diferentes e uma câmera. Conforme descrito no estudo, um algoritmo de aprendizado de máquina seleciona os quatro LEDs mais ideais entre milhares de outras opções possíveis, criando o design mais preciso, e um método computacional para quantificar a saída do sensor. Este trabalho tem como objetivo fornecer uma ferramenta de design que outros engenheiros e pesquisadores possam usar para otimizar seus próprios leitores de sensores ópticos de baixo custo para várias aplicações na área de saúde e monitoramento ambiental.

p Usando métodos de nanofabricação recém-descobertos, a equipe de pesquisa foi capaz de produzir sensores plasmonic flexíveis que são robustos e baratos o suficiente para serem descartáveis. Esses sensores podem sofrer "modificação de superfície, “que garante que apenas as moléculas de interesse interajam com o campo elétrico amplificado.

p Esta etapa de bioquímica pode ser pensada como duas peças complementares de um quebra-cabeça, onde uma peça é fixada à superfície do sensor, evitando que qualquer outra peça que não seja seu complemento se una a ela e interfira na medição. Isso significa que esses sensores podem ser "modificados" para capturar qualquer número de bio-alvos específicos, como bactérias, vírus ou células cancerosas, entre muitos outros.

p Para usar este leitor plasmônico, uma amostra fluídica, por exemplo, sangue ou urina, é aplicado à superfície do sensor usando um microchip descartável. O sensor então se encaixa em um cartucho que pode ser inserido no dispositivo, que então mede e analisa automaticamente a amostra, entregando o resultado de detecção. A equipe de pesquisa afirma que esse leitor plasmônico poderia ser projetado como um acessório de telefone móvel para reduzir ainda mais os custos e aproveitar as vantagens da conectividade em nuvem, bem como do poder computacional dos smartphones.

p O primeiro autor do estudo é Zach Ballard, estudante de graduação em engenharia elétrica e bolsista da National Science Foundation. A pesquisa foi publicada na ACS Nano.

p "Descobertas e resultados incríveis são feitos diariamente em instituições de pesquisa como a UCLA, mas, muitas vezes, quando os engenheiros começam a imaginar levar esta ciência para o mundo real, eles bateram em bloqueios de estradas, "Ballard disse." Por isso, é sempre emocionante para mim ver a tecnologia de ponta se tornar mais prática. "