Um pequeno retângulo de vidro rosa, mais ou menos do tamanho de um selo postal, senta-se na mesa da Professora Amy Shen. Apesar de sua aparência aparentemente modesta, esta pequena lâmina de vidro tem o potencial de revolucionar uma ampla gama de processos, desde o monitoramento da qualidade dos alimentos até o diagnóstico de doenças.

A lâmina é feita de um material nanoplasmático - sua superfície é revestida por milhões de nanoestruturas de ouro, cada um com apenas alguns bilionésimos de metro quadrado de tamanho. Os materiais plasmônicos absorvem e espalham a luz de maneiras interessantes, dando-lhes propriedades de detecção exclusivas. Materiais nanoplasmáticos têm chamado a atenção de biólogos, químicos, físicos e cientistas materiais, com possíveis usos em uma ampla variedade de campos, como biossensor, armazenamento de dados, geração de luz e células solares.

Em vários artigos recentes, O Prof. Shen e colegas da Unidade de Micro / Bio / Nanofluídica do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) descreveram a criação de um novo material de biossensor que pode ser usado para monitorar processos em células vivas.

“Um dos principais objetivos da nanoplasmônica é buscar melhores formas de monitorar processos em células vivas em tempo real, "diz o Prof. Shen. A captura de tais informações pode revelar pistas sobre o comportamento celular, mas criar nanomateriais nos quais as células podem sobreviver por longos períodos de tempo, mas não interferem nos processos celulares que estão sendo medidos, é um desafio, Ela explica.

Contando Células Divisórias

Um dos novos biossensores da equipe é feito de um material nanoplasmônico capaz de acomodar um grande número de células em um único substrato e monitorar a proliferação celular, um processo fundamental que envolve o crescimento e divisão celular, em tempo real. Ver esse processo em ação pode revelar importantes percepções sobre a saúde e as funções das células e tecidos.

Pesquisadores da Unidade Micro / Bio / Nanofluídica do OIST descreveram o sensor em um estudo publicado recentemente na revista. Biossistemas avançados .

A característica mais atraente do material é que ele permite que as células sobrevivam por longos períodos de tempo. "Usualmente, quando você coloca células vivas em um nanomaterial, esse material é tóxico e mata as células, "diz o Dr. Nikhil Bhalla, pesquisador de pós-doutorado no OIST e primeiro autor do artigo. "Contudo, usando nosso material, as células sobreviveram por mais de sete dias. ”O material nanoplasmônico também é altamente sensível:ele pode detectar um aumento nas células de até 16 em 1000 células.

O material se parece com pedaços de vidro comuns. Contudo, a superfície é revestida por minúsculas estruturas nanoplasmônicas semelhantes a cogumelos, conhecido como nanomushrooms, com hastes de dióxido de silício e gorros de ouro. Juntos, estes formam um biossensor capaz de detectar interações em nível molecular.

O biossensor funciona usando as tampas de nanomushroom como antenas ópticas. Quando a luz branca passa pela lâmina nanoplasmática, os nanomushrooms absorvem e espalham parte da luz, alterando suas propriedades. A absorbância e o espalhamento da luz são determinados pelo tamanho, forma e material do nanomaterial e, mais importante, também é afetado por qualquer meio próximo ao nanomushroom, como células que foram colocadas na lâmina. Ao medir como a luz mudou, uma vez que emerge do outro lado do slide, os pesquisadores podem detectar e monitorar processos que ocorrem na superfície do sensor, como a divisão celular.

"Normalmente, você tem que adicionar rótulos, como corantes ou moléculas, para células, ser capaz de contar células em divisão, "diz o Dr. Bhalla." No entanto, com nosso método, os nanomushrooms podem senti-los diretamente. "

Ampliando

Este trabalho baseia-se em um novo método, desenvolvido por cientistas da Unidade Micro / Bio / Nanofluídica do OIST, para a fabricação de biossensores de nanomushroom. A técnica foi publicada na revista. Materiais e interfaces aplicados ACS em dezembro de 2017.

Produzir materiais nanoplasmáticos em grande escala é desafiador porque é difícil garantir uniformidade em toda a superfície do material. Por esta razão, biossensores para exames clínicos de rotina, como testes de doenças, ainda estão faltando.

Em resposta a este problema, os pesquisadores do OIST desenvolveram uma nova técnica de impressão para criar biossensores de nanomushroom em grande escala. Com seu método, eles foram capazes de desenvolver um material que consiste em aproximadamente um milhão de estruturas semelhantes a cogumelos em um substrato de dióxido de silício de 2,5 cm por 7,5 cm.

"Nossa técnica é como tirar um carimbo, cobrindo-o com tinta feita de moléculas biológicas, e impressão na lâmina nanoplasmônica, "diz Shivani Sathish, um Ph.D. aluna da OIST e co-autora do artigo. As moléculas biológicas aumentam a sensibilidade do material, o que significa que pode detectar concentrações extremamente baixas de substâncias, como anticorpos, e, portanto, potencialmente detectar doenças em seus estágios iniciais.

"Usando nosso método, é possível criar um biossensor altamente sensível que pode detectar até mesmo moléculas individuais, "diz o Dr. Bhalla, primeiro autor do artigo.

Sensores plasmônicos e nanoplasmáticos oferecem ferramentas importantes para muitos campos, da eletrônica à produção de alimentos e medicamentos. Por exemplo, em dezembro de 2017, A aluna do segundo ano de doutorado Ainash Garifullina da Unidade desenvolveu um novo material plasmônico para monitoramento da qualidade dos produtos alimentícios durante o processo de fabricação. Os resultados foram publicados na revista Métodos analíticos .

Prof. Shen e sua unidade dizem que, no futuro, materiais nanoplasmáticos podem até ser integrados com tecnologias emergentes, como sistemas sem fio em dispositivos microfluídicos, permitindo que os usuários façam leituras remotamente e, assim, minimizando o risco de contaminação.