Um grupo de pesquisadores de engenharia mecânica da Carnegie Mellon University elevou os limites dos testes de diagnóstico a um nível nunca antes visto.
Os pesquisadores, liderados por Rahul Panat, professor associado de engenharia mecânica, desenvolveram um sistema de sensores que foi capaz de detectar com sucesso os níveis do neurotransmissor dopamina até concentrações femtomolares. Eles publicaram suas descobertas em Nature Communications .

Para colocar isso em perspectiva, imagine derramar menos de um grama de dopamina no Lago Crater do Oregon, o lago mais profundo dos EUA. Este sensor pode detectá-lo.

"Nós quebramos uma barreira fundamental para o limite de detecção de biomoléculas", explicou Azahar Ali, o principal autor do artigo. Em outras palavras, esta é a menor concentração de dopamina a ser detectada de forma confiável.

Esse incrível avanço foi alcançado aproveitando o poder da manufatura aditiva e da nanotecnologia para criar um sistema de detecção incrivelmente sensível, que consiste em um eletrodo tridimensional colocado em um canal microfluídico, por onde as amostras são bombeadas.

Os eletrodos anteriores consistiam em uma superfície de detecção bidimensional, incapaz de detectar concentrações cada vez menores de moléculas-alvo, pois a maioria delas flutuava sem interagir. Para empurrar esse limite, a área de detecção do eletrodo teria que se mover para a terceira dimensão para ajudar a "pegar" as moléculas enquanto elas se movem por ela.

Para conseguir isso, a equipe usou uma técnica conhecida como impressão de nanopartículas 3D a jato de aerossol, permitindo que eles construíssem pequenos micropilares usando nanopartículas de prata. Cada gota foi adicionada sobre a anterior e sinterizada até que um pilar oco fosse formado. Em seguida, eles foram cobertos com pequenos flocos de óxido de grafeno, que aumentaram ainda mais a área de superfície do pilar e ajudaram a detectar dopamina.

Mas por que dopamina? É uma importante molécula de sinalização no cérebro e no corpo, comumente associada ao controle do humor. No entanto, também desempenha um papel em várias doenças neurodegenerativas, incluindo esquizofrenia, Alzheimer e vício. Pode ser encontrado no sangue, mas em níveis muito baixos.

A alta sensibilidade deste dispositivo pode permitir que um médico colete uma pequena gota de sangue e teste a presença de dopamina, criando um método de diagnóstico minimamente invasivo. Isso poderia permitir testes mais cedo e mais fáceis para essas aflições, o que poderia salvar vidas. Panat acredita que avanços como esse estão muito atrasados.

"Acredito que a indústria de dispositivos biomédicos ficou para trás em relação ao progresso da miniaturização e avanços na microeletrônica. E nós da academia podemos ajudar a mudar isso", diz ele.

No ano passado, sua equipe usou um sistema de micropilar semelhante para desenvolver um teste rápido de anticorpos Covid-19. A relativa simplicidade do dispositivo, no entanto, significa que ele pode ser adaptado para detectar uma ampla variedade de moléculas diferentes, de anticorpos a neurotransmissores e muitas coisas intermediárias.

As direções futuras para este sistema são quase infinitas. Vários eletrodos podem ser colocados em um dispositivo para criar um sistema multiplex, capaz de detectar vários biomarcadores diferentes ao mesmo tempo. Ou pode ser integrado a uma nova forma de tecnologia vestível, capaz de detectar níveis de eletrólitos.

Independentemente de onde vemos essa tecnologia implementada, no entanto, ela foi possível usando ferramentas e estratégias de engenharia para resolver um problema existente de uma disciplina diferente. O resultado é uma solução inovadora que ajudará a definir o futuro da medicina. + Explorar mais

Detectando anticorpos COVID-19 em 10 segundos