Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) desenvolveram um novo sensor biológico que pode ajudar os médicos a diagnosticar melhor o câncer e a epilepsia.

Sensores biológicos monitoram pequenas moléculas, íons e prótons e são vitais como um diagnóstico médico. Mesmo os sinais mais simples, como o nível de pH intracelular, pode fornecer informações importantes para a comunidade médica.

Por exemplo, a acidificação de tumores devido à elevada captação de glicose e liberação de ácido láctico é um biomarcador de células cancerosas. Da mesma forma, a acidificação do líquido extracelular é um dos processos-chave durante as crises epilépticas.

Mas os biossensores artificiais têm limitações, como biocompatibilidade e incrustação (o acúmulo de materiais indesejados que impedem ou interferem na função da molécula). Os sistemas biológicos são adeptos da proteção e separação dos componentes vitais do maquinário biológico com membranas semipermeáveis ​​que freqüentemente contêm poros e portais definidos para restringir o transporte transmembrana apenas para espécies específicas.

Aprendendo com a biologia, a equipe LLNL, liderado por Aleksandr Noy, criou um sensor de pH integrando sensores de transistor de nanofita de silício com um revestimento de bicamada lipídica anti-incrustante que contém canais de porina de nanotubo de carbono permeável a prótons (CNTP) e demonstrou detecção de pH robusta usando esses sensores em uma variedade de fluidos biológicos complexos.

"Nosso dispositivo é uma plataforma versátil para tempo real, sem etiqueta, detecção altamente sensível de biomarcadores de doenças, Incompatibilidades de DNA e vírus, "disse Xi Chen, um estudante de graduação da UC Merced, um bolsista de graduação em residência do Laboratório Nacional da UC em Lawrence Livermore e um primeiro autor em um artigo de capa na revista Nano Letras . Ele disse que o biossensor eventualmente poderia ser implantado.

Para criar o sensor de pH, a membrana lipídica precisa incorporar um canal robusto que seja altamente permeável (e, idealmente, altamente específico) para prótons. A equipe de Noy mostrou anteriormente que CNTPs estreitos de 0,8 nanômetro (cerca de 10 nanômetros de segmentos de nanotubos de carbono que se inserem espontaneamente em uma membrana lipídica e formam canais transmembrana) têm permeabilidade de prótons extremamente alta que é uma ordem de magnitude maior do que a permeabilidade de prótons da água em massa. O confinamento extremo de água nos poros dos nanotubos de 0,8 nm de diâmetro é responsável pela criação de condições que favorecem o transporte rápido de prótons. O tamanho pequeno dos poros e a alta permeabilidade do próton também garantem que os CNTPs possam bloquear efetivamente a maioria dos componentes de incrustação das misturas biológicas e impedi-los de atingir a superfície do sensor.

"Para cada um desses experimentos, caracterizamos a capacidade de nosso sensor de responder às variações nos valores de pH da solução antes e depois da exposição contínua às diferentes misturas de incrustantes, "Noy disse." Quando a bicamada lipídica incorporou os canais de CNTP, a resposta do pH foi preservada e mostrou poucos sinais de degradação. "

No futuro, a equipe poderia projetar os CNTPs para transmitir íons específicos e pequenas moléculas enquanto bloqueia outras biomoléculas. Isso poderia transformar o dispositivo em uma tecnologia de detecção do tipo plataforma versátil que poderia ser usada em aplicações que vão desde o diagnóstico de doenças, triagem genética e descoberta de drogas.