O futuro pode conter sensores portáteis e vestíveis para detectar vírus e bactérias no ambiente circundante. Mas ainda não chegamos lá. Cientistas da Tohoku University estudam materiais que podem se transformar em energia mecânica em elétrica ou magnética, e vice versa, por décadas. Junto com colegas, eles publicaram uma resenha no jornal Materiais avançados sobre os esforços mais recentes no uso desses materiais para fabricar biossensores funcionais.

"A pesquisa sobre como melhorar o desempenho dos sensores de vírus não progrediu muito nos últimos anos, "diz o engenheiro de materiais da Tohoku University, Fumio Narita." Nossa análise tem como objetivo ajudar jovens pesquisadores e estudantes de graduação a compreender os últimos progressos para orientar seu trabalho futuro para melhorar a sensibilidade do sensor de vírus. "

Materiais piezoelétricos convertem energia mecânica em energia elétrica. Os anticorpos que interagem com um vírus específico podem ser colocados em um eletrodo incorporado em um material piezoelétrico. Quando o vírus alvo interage com os anticorpos, causa um aumento na massa que diminui a frequência da corrente elétrica que se move através do material, sinalizando sua presença. Este tipo de sensor está sendo investigado para detectar vários vírus, incluindo o vírus do papiloma humano causador do câncer cervical, HIV, influenza A, Ebola e hepatite B.

Os materiais magnetostritivos convertem energia mecânica em energia magnética e vice-versa. Estes foram investigados para detectar infecções bacterianas, como febre tifóide e suína, e para detectar esporos de antraz. Anticorpos de sondagem são fixados em um chip biossensor colocado no material magnetostritivo e, em seguida, um campo magnético é aplicado. Se o antígeno-alvo interagir com os anticorpos, adiciona massa ao material, levando a uma mudança de fluxo magnético que pode ser detectada usando uma bobina de detecção de captação.

Narita diz que os desenvolvimentos nos estudos de inteligência artificial e simulação podem ajudar a encontrar materiais piezoelétricos e magnetostritivos ainda mais sensíveis para a detecção de vírus e outros patógenos. Os materiais futuros podem ser sem bobinas, sem fio, e macio, tornando possível incorporá-los em tecidos e edifícios.

Os cientistas estão até investigando como usar esses e outros materiais semelhantes para detectar SARS-CoV-2, o vírus que causa COVID-19, no ar. Este tipo de sensor pode ser incorporado em sistemas de ventilação de transporte subterrâneo, por exemplo, para monitorar a propagação do vírus em tempo real. Sensores vestíveis também podem direcionar as pessoas para longe de um ambiente que contenha vírus.

"Os cientistas ainda precisam desenvolver sensores mais eficazes e confiáveis ​​para detecção de vírus, com maior sensibilidade e precisão, tamanho e peso menores, e melhor acessibilidade, antes que possam ser usados ​​em aplicações domésticas ou roupas inteligentes, "diz Narita." Este tipo de sensor de vírus se tornará uma realidade com novos desenvolvimentos na ciência dos materiais e progresso tecnológico em inteligência artificial, aprendizado de máquina, e análise de dados. "