p Engenheiros da Duke University mostraram que cubos de prata nanométricos podem tornar os testes de diagnóstico que dependem da fluorescência mais fáceis de ler, tornando-os mais de 150 vezes mais brilhantes. Combinado com uma plataforma emergente de diagnóstico de ponto de atendimento já demonstrado capaz de detectar pequenos traços de vírus e outros biomarcadores, a abordagem pode permitir que esses testes se tornem muito mais baratos e mais difundidos. p Os resultados apareceram online no dia 6 de maio na revista Nano Letras .

p A plasmônica é um campo científico que retém energia em um loop de feedback chamado plasmon na superfície dos nanocubos de prata. Quando as moléculas fluorescentes são imprensadas entre um desses nanocubos e uma superfície de metal, a interação entre seus campos eletromagnéticos faz com que as moléculas emitam luz com muito mais vigor. Maiken Mikkelsen, o James N. e Elizabeth H. Barton Professor Associado de Engenharia Elétrica e de Computação na Duke, tem trabalhado com seu laboratório na Duke para criar novos tipos de câmeras hiperespectrais e sinais ópticos super rápidos usando plasmonics por quase uma década.

p Ao mesmo tempo, pesquisadores do laboratório de Ashutosh Chilkoti, o Distinto Professor Alan L. Kaganov de Engenharia Biomédica, têm trabalhado em um sistema autônomo, teste de diagnóstico instantâneo que pode detectar vestígios de biomarcadores específicos de fluidos biomédicos, como sangue. Mas, como os testes contam com marcadores fluorescentes para indicar a presença dos biomarcadores, ver a luz fraca de um teste mal positivo requer um equipamento caro e volumoso.

p "Nossa pesquisa já mostrou que os plasmônicos podem aumentar o brilho de moléculas fluorescentes dezenas de milhares de vezes, "disse Mikkelsen." Usá-lo para melhorar os testes de diagnóstico que são limitados por sua fluorescência foi claramente uma ideia muito excitante. "

p "Não há muitos exemplos de pessoas que usam fluorescência aprimorada com plasmon para diagnósticos em pontos de atendimento, e os poucos que existem ainda não foram implementados na prática clínica, "acrescentou Daria Semeniak, um estudante de graduação no laboratório de Chilkoti. "Levamos alguns anos, mas achamos que desenvolvemos um sistema que pode funcionar. "

p No novo jornal, pesquisadores do laboratório de Chilkoti constroem sua plataforma de diagnóstico super-sensível, chamada de ensaio D4, em uma fina película de ouro, o yin preferido ao yang do nanocubo de prata plasmônica. A plataforma começa com uma fina camada de revestimento de pincel de polímero, o que impede que qualquer coisa grude na superfície dourada que os pesquisadores não queiram grudar nela. Os pesquisadores então usam uma impressora jato de tinta para anexar dois grupos de moléculas personalizadas para se agarrar ao biomarcador que o teste está tentando detectar. Um conjunto é fixado permanentemente à superfície de ouro e captura uma parte do biomarcador. O outro é lavado da superfície assim que o teste começa, se liga a outra peça do biomarcador, e pisca a luz para indicar que encontrou seu alvo.

p Depois de passar vários minutos para permitir que as reações ocorram, o resto da amostra é lavado, deixando para trás apenas as moléculas que conseguiram encontrar suas correspondências de biomarcadores, flutuando como faróis fluorescentes amarrados a um chão dourado.

p "O verdadeiro significado do ensaio é o revestimento de pincel de polímero, "disse Chilkoti." O pincel de polímero nos permite armazenar todas as ferramentas de que precisamos no chip, mantendo um design simples. "

p Embora o ensaio D4 seja muito bom em capturar pequenos traços de biomarcadores específicos, se houver apenas vestígios, os faróis fluorescentes podem ser difíceis de ver. O desafio para Mikkelsen e seus colegas era colocar seus nanocubos de prata plasmônica acima dos faróis de forma que eles sobrecarregassem a fluorescência dos faróis.

p Mas, como geralmente é o caso, era mais fácil falar do que fazer.

p "A distância entre os nanocubos de prata e o filme de ouro dita o quão mais brilhante a molécula fluorescente se torna, "disse Daniela Cruz, um estudante de graduação trabalhando no laboratório de Mikkelsen. "Nosso desafio era fazer o revestimento do pincel de polímero espesso o suficiente para capturar os biomarcadores - e apenas os biomarcadores de interesse - mas fino o suficiente para ainda melhorar as luzes de diagnóstico."

p Os pesquisadores tentaram duas abordagens para resolver esse enigma Cachinhos Dourados. Eles primeiro adicionaram uma camada eletrostática que se liga às moléculas do detector que carregam as proteínas fluorescentes, criando uma espécie de "segundo andar" sobre o qual os nanocubos de prata poderiam ficar. Eles também tentaram funcionalizar os nanocubos de prata para que eles se prendessem diretamente às moléculas de detectores individuais, um a um.

p Embora ambas as abordagens tenham conseguido aumentar a quantidade de luz proveniente dos faróis, o primeiro mostrou a melhor melhoria, aumentando sua fluorescência em mais de 150 vezes. Contudo, este método também requer uma etapa extra de criação de um "segundo andar, "o que adiciona outro obstáculo à engenharia de uma maneira de fazer este trabalho em um diagnóstico comercial de ponto de atendimento, em vez de apenas em um laboratório. E embora a fluorescência não tenha melhorado tanto na segunda abordagem, a precisão do teste sim.

p "Construir dispositivos microfluídicos lab-on-a-chip por meio de qualquer uma das abordagens levaria tempo e recursos, mas ambos são viáveis ​​em teoria, "disse Cássio Fontes, um estudante de graduação no laboratório Chilkoti. "É para isso que o ensaio D4 está se movendo."

p E o projeto está avançando. No início do ano, os pesquisadores usaram os resultados preliminares desta pesquisa para garantir um prazo de cinco anos, Prêmio de pesquisa R01 de US $ 3,4 milhões do National Heart, Pulmão, e Instituto de Sangue. Os colaboradores trabalharão para otimizar esses aprimoramentos de fluorescência enquanto integram os poços, canais microfluídicos e outras soluções de baixo custo em um dispositivo de diagnóstico de etapa única que pode executar todas essas etapas automaticamente e ser lido por uma câmera de smartphone comum em um dispositivo de baixo custo.

p "Um dos grandes desafios dos testes de ponto de atendimento é a capacidade de ler os resultados, que geralmente requer detectores muito caros, "disse Mikkelsen." Esse é um grande obstáculo para ter testes descartáveis ​​para permitir que os pacientes monitorem doenças crônicas em casa ou para uso em locais com poucos recursos. Vemos essa tecnologia não apenas como uma forma de contornar esse gargalo, mas também como uma forma de aumentar a precisão e o limite desses dispositivos de diagnóstico. "