Desenvolvimento de uma nano-sonda de diagnóstico melhor

Mecanismo para gerar superfícies de ouro nanoestruturadas e nanoporosas com base no ataque preferencial e deposição do substrato usando um surfactante que forma micelas em solução, cloreto de sódio e um sal de ouro. Aplicando pulsos elétricos, primeiro, o cloreto é adsorvido na superfície, depois o ouro é gravado, mas capturado pelas micelas de surfactante. Finalmente, ele é redepositado no substrato, desenvolvendo as nanoestruturas no processo. Na parte inferior, micrografias eletrônicas de varredura mostram a formação de nanoestruturas e nanoporos na superfície ao longo do processo. Crédito:Instituto de Ciências Básicas

Biomarcadores são componentes que podem estar presentes em amostras biológicas e estão relacionados a doenças específicas. Portanto, os médicos podem analisar amostras biológicas de um paciente para verificar sua condição de saúde ou monitorar o progresso de uma terapia específica. Normalmente, essas amostras precisam ser purificadas e diluídas antes da análise, e as técnicas atuais de diagnóstico médico dependem de instalações e laboratórios de saúde para essas análises de rotina. Este é um processo demorado que requer pessoal treinado e instrumentação cara para extrair, transportar, armazenar, processar e analisar as amostras em locais centralizados. Além disso, durante um período de crise global como a pandemia em curso, a pressão de milhares de solicitações de análise pode saturar e colapsar o sistema de saúde.
Por outro lado, os dispositivos point-of-care, que são pequenos instrumentos automatizados, são capazes de realizar diagnósticos em locais descentralizados e podem fornecer respostas rápidas. Um exemplo de tal dispositivo é o medidor de glicose que as pessoas com diabetes usam para monitorar seus níveis de açúcar no sangue. Esses dispositivos podem superar as limitações inerentes de ter que processar uma amostra por meio de um sistema centralizado, capacitando qualquer pessoa a monitorar sua saúde em casa, simplesmente usando uma pequena amostra de sangue extraída com uma picada no dedo.

No entanto, o desenvolvimento desses dispositivos foi sobrecarregado pelos desafios técnicos relacionados à medição de amostras biológicas. Biomarcadores para algumas doenças e infecções estão presentes nas amostras apenas em quantidades muito pequenas, o que por sua vez impõe o desafio de desenvolver técnicas de detecção extremamente sensíveis. Embora o aumento da área de superfície do biossensor possa aumentar a sensibilidade do instrumento, essas superfícies tendem a ser rapidamente entupidas e contaminadas, tornando-as inutilizáveis.

Para isso, a equipe liderada pelo professor CHO, Yoon-Kyoung, do Centro de Matéria Mole e Viva do Instituto de Ciências Básicas (IBS) em Ulsan, Coréia do Sul, desenvolveu recentemente um biossensor usando um método para gerar superfícies nanoestruturadas e nanoporosas. Essa estratégia combinada não apenas fornece ao sensor uma sensibilidade sem precedentes, mas também o torna resistente à incrustação por proteínas.

Embora anteriormente não houvesse nenhum método conhecido para criar eletrodos de maneira confiável usando esses substratos nanoestruturados e nanoporosos, a equipe relatou um método simples para gerar esses materiais. O mecanismo é baseado na aplicação de pulsos elétricos em uma superfície plana de ouro na presença de cloreto de sódio e um surfactante que pode formar micelas em solução. Esses pulsos elétricos conduzem uma reação preferencial para gravar e redepositar o ouro da superfície e, por sua vez, desenvolver nanoestruturas e formar os nanoporos. O uso de surfactante na forma de micelas é essencial para o sucesso dessa estratégia, pois evita que o material que está sendo atacado se difunda durante o processo, podendo ser redepositado.

A formação dessas nanoestruturas rendeu uma grande área superficial que foi benéfica para aumentar a sensibilidade dos ensaios, enquanto a formação de substratos nanoporosos foi ideal para evitar a contaminação das amostras biológicas. Os benefícios combinados das nanoestruturas e dos nanoporos foram fundamentais para o sucesso desta estratégia, que poderia ser aplicada para a análise direta de amostras clínicas de plasma.

Os pesquisadores demonstraram ainda mais essa nova tecnologia construindo um biossensor para a detecção de câncer de próstata. O eletrodo era sensível o suficiente para discriminar entre um grupo de câncer de próstata e doadores saudáveis usando apenas uma pequena quantidade de plasma sanguíneo ou amostras de urina. Nenhuma diluição ou etapas de pré-processamento foram usadas, o que significa que a tecnologia pode ser facilmente usada para o diagnóstico de câncer no local de atendimento.

O professor Cho afirmou que "acreditamos que esta tecnologia é essencial para o desenvolvimento futuro de dispositivos de ponto de atendimento e testes de diagnóstico que funcionem com amostras biológicas. A capacidade de detectar baixas concentrações de biomarcadores relevantes com desempenho robusto abre uma porta para possibilidades em no campo do diagnóstico de câncer, patógenos e outras doenças".

Os resultados desta pesquisa foram publicados em Materiais Avançados em 17 de maio de 2022 e a ilustração associada foi selecionada para o frontispício da edição atual. + Explorar mais