Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Confiabilidade e Microintegração IZM uniram forças com parceiros da indústria e da saúde para desenvolver uma plataforma de sensor à base de óxido de grafeno para detectar infecções agudas como sepse ou anticorpos contra o coronavírus em minutos.

A situação atual com a pandemia de COVID-19 ressalta a importância de detectar infecções com rapidez e precisão para evitar uma propagação futura. Hoje, os sintomas fornecem pistas que ajudam a diagnosticar infecções virais ou bacterianas. Contudo, muitas infecções têm sintomas semelhantes, portanto, esses sinais podem ser facilmente interpretados incorretamente e a doença diagnosticada incorretamente. Os exames de sangue fornecem certeza, mas os laboratórios só os realizam quando prescritos pelo médico de família. No momento em que os resultados chegam do laboratório, os médicos freqüentemente prescrevem antibióticos que podem ser desnecessários.

Apenas uma gota de sangue para um diagnóstico

Pesquisadores do Fraunhofer IZM em Berlim têm trabalhado no projeto Graph-POC desde abril de 2018 em uma plataforma de sensor à base de óxido de grafeno para enfrentar precisamente esses desafios no diagnóstico de infecções. Uma única gota de sangue ou saliva é o suficiente para realizar uma análise precisa. Apenas alguns minutos após a queda ser aplicada à superfície do sensor, sinais elétricos transmitem o resultado do teste ao consultório do médico de família. Este teste rápido fornece certeza em apenas 15 minutos para substituir o prolongado exame de sangue no laboratório. Elimina o erro e as suposições do diagnóstico para que o médico possa prescrever o tratamento apropriado ou antibióticos adequados.

O teste também pode ser configurado para detectar anticorpos que estão presentes depois que o paciente se recuperou de uma infecção. Os pesquisadores do Fraunhofer IZM estão agora se concentrando neste aplicativo para detectar infecções anteriores com o vírus COVID-19, o que pode ajudar nos esforços para rastrear como a infecção se espalhou. O corpo humano forma moléculas ou proteínas chamadas biomarcadores em resposta a uma infecção. Capture moléculas colocadas na superfície do sensor à base de grafeno para detectar esses biomarcadores. As medições diferenciais da concentração dos biomarcadores determinam se uma infecção está presente.

Estrutura 3-D para ampliar a superfície de medição

A característica mais notável desta plataforma de sensor é o seu material de base:eletricamente condutor e biocompatível, o óxido de grafeno também é um meio de detecção muito confiável. A data, ele só foi usado em microeletrônica em sua forma original, uma monocamada 2-D. Os pesquisadores do Fraunhofer IZM agora estão aplicando-o em uma estrutura 3-D na forma de flocos. Esta forma 3-D aumenta a superfície de medição e a precisão das medições.

Manuel Bäuscher, cientista da Fraunhofer IZM e gerente de subprojeto da Graph-POC, vê grandes perspectivas para esses sensores de óxido de grafeno:"Podemos pivotar a partir do campo médico atual para desenvolver também na direção do ponto de necessidade; isto é, para a tecnologia ambiental e a detecção de impactos ambientais. Mas é claro que a aplicação de corona é nossa primeira prioridade. "A matriz 3-D dos flocos de óxido de grafeno e a sensibilidade elevada também abrem a porta para outras aplicações. Por exemplo, ele pode detectar gases nocivos, como monóxido de carbono ou acetona, mesmo em temperatura ambiente. Do jeito que está, esses gases precisam primeiro ser aquecidos para desencadear uma reação de superfície que os sensores atuais possam detectar. O sensor de óxido de grafeno reage a temperaturas mais baixas quando os óxidos de metal se unem à sua superfície sensível.

Os pesquisadores da Fraunhofer IZM estão enfrentando outro desafio para dimensionar o processo de produção para manufatura em massa:eles estão tentando aplicar o revestimento de óxido de grafeno no nível do wafer para que centenas de chips possam ser processados ​​de uma vez.

Anticorpos detectáveis ​​após infecções por coronavírus em cerca de um ano

Os sensores baseados em óxido de grafeno devem ser integrados em um suporte de plástico e a confiabilidade do sistema deve ser testada antes que os testes rápidos possam ser implantados. Embora o projeto original para detectar infecções esteja previsto para ser executado até a primavera de 2021, os pesquisadores não esperam poder verificar o sensor do coronavírus por mais um ano. Os parceiros neste projeto são a Charité, Aptarion Biotech AG, Technische Universität Berlin, MicroDiscovery GmbH e alpha-board GmbH. É financiado pelo Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa (BMBF).