Uma nova abordagem para testar a presença do vírus que causa o COVID-19 pode levar a testes mais rápidos, menos caros e potencialmente menos propensos a resultados errôneos do que os métodos de detecção existentes. Embora o trabalho, baseado em efeitos quânticos, ainda seja teórico, esses detectores podem ser adaptados para detectar praticamente qualquer vírus, dizem os pesquisadores.
A nova abordagem é descrita em um artigo publicado quinta-feira na revista Nano Letters , por Changhao Li, um estudante de doutorado do MIT; Paola Cappellaro, professora de ciência e engenharia nuclear e de física; e Rouholla Soleyman e Mohammad Kohandel da Universidade de Waterloo.

Os testes existentes para o vírus SARS-CoV-2 incluem testes rápidos que detectam proteínas virais específicas e testes de reação em cadeia da polimerase (PCR) que levam várias horas para serem processados. Nenhum desses testes pode quantificar a quantidade de vírus presente com alta precisão. Mesmo os testes de PCR padrão-ouro podem ter taxas de falso-negativo de mais de 25%. Em contraste, a análise da equipe mostra que o novo teste pode ter taxas de falsos negativos abaixo de 1%. O teste também pode ser sensível o suficiente para detectar apenas algumas centenas de filamentos do RNA viral, em apenas um segundo.

A nova abordagem faz uso de defeitos em escala atômica em pequenos pedaços de diamante, conhecidos como centros de vacância de nitrogênio (NV). Esses pequenos defeitos são extremamente sensíveis a pequenas perturbações, graças aos efeitos quânticos que ocorrem na rede cristalina do diamante, e estão sendo explorados por uma ampla variedade de dispositivos sensores que exigem alta sensibilidade.

O novo método envolveria o revestimento dos nanodiamantes contendo esses centros NV com um material que está acoplado magneticamente a eles e foi tratado para se ligar apenas à sequência específica de RNA do vírus. Quando o RNA do vírus está presente e se liga a esse material, ele interrompe a conexão magnética e causa alterações na fluorescência do diamante que são facilmente detectadas com um sensor óptico baseado em laser.

O sensor usa apenas materiais de baixo custo (os diamantes envolvidos são menores que partículas de poeira), e os dispositivos podem ser ampliados para analisar um lote inteiro de amostras de uma só vez, dizem os pesquisadores. O revestimento à base de gadolínio com suas moléculas orgânicas sintonizadas com RNA pode ser produzido usando processos e materiais químicos comuns, e os lasers usados ​​para ler os resultados são comparáveis ​​a ponteiros laser verdes comerciais baratos e amplamente disponíveis.

Embora esse trabalho inicial tenha sido baseado em simulações matemáticas detalhadas que provaram que o sistema pode funcionar em princípio, a equipe continua trabalhando para traduzir isso em um dispositivo em escala de laboratório para confirmar as previsões. "Não sabemos quanto tempo levará para fazer a demonstração final", diz Li. O plano deles é primeiro fazer um teste de laboratório básico de prova de princípio e, em seguida, trabalhar em maneiras de otimizar o sistema para fazê-lo funcionar em aplicativos reais de diagnóstico de vírus.

O processo multidisciplinar requer uma combinação de experiência em física quântica e engenharia, para produzir os próprios detectores, e em química e biologia, para desenvolver as moléculas que se ligam ao RNA viral e encontrar maneiras de ligá-las às superfícies do diamante.

Mesmo que surjam complicações na tradução da análise teórica em um dispositivo de trabalho, diz Cappellaro, há uma margem tão grande de falsos negativos mais baixos previstos a partir deste trabalho que provavelmente ainda terá uma forte vantagem sobre os testes de PCR padrão a esse respeito. E mesmo que a precisão fosse a mesma, esse método ainda teria uma grande vantagem em produzir seus resultados em questão de minutos, em vez de exigir várias horas, diz ela.

O método básico pode ser adaptado a qualquer vírus, diz ela, incluindo quaisquer novos que possam surgir, simplesmente adaptando os compostos que estão ligados aos sensores de nanodiamantes para corresponder ao material genérico do vírus alvo específico.

"A abordagem proposta é atraente tanto por sua generalidade quanto por sua simplicidade tecnológica", diz David Glenn, pesquisador sênior da Quantum Diamond Technologies Inc., que não esteve associado a este trabalho. "Em particular, a técnica de detecção sensível e totalmente óptica descrita aqui requer instrumentação mínima em comparação com outros métodos que empregam centros de vacância de nitrogênio", diz ele.

Ele acrescenta que, para sua empresa, "estamos muito empolgados com o uso de sensores quânticos baseados em diamante para construir ferramentas poderosas para diagnósticos biomédicos. Desnecessário dizer que estaremos acompanhando com grande interesse à medida que as ideias apresentadas neste trabalho são traduzidas para o laboratório." + Explorar mais

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Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.