O Instituto Fraunhofer de Circuitos e Sistemas Microeletrônicos IMS e a Ruhr University Bochum, na Alemanha, desenvolveram um processo que permite uma nova forma de amplificação de sinal para testes de diagnóstico. Através do uso avançado de nanotubos de carbono luminescentes de parede simples em bioanalítica, os procedimentos de teste podem ser realizados de forma mais sensível, rápida e barata.



Os sensores podem ser usados ​​para processos enzimáticos. Sua adaptabilidade a diferentes condições de reação abre uma ampla gama de aplicações para métodos padrão, como ELISAs, abreviação de Enzyme-linked Immunosorbent Assay.

Os resultados foram publicados em 15 de dezembro de 2023, na Angewandte Chemie International Edition . Eles abrem novas possibilidades para melhorar os procedimentos de diagnóstico e economizar agentes de detecção.

Os limites de diagnóstico podem ser melhorados com o sensor de carbono luminoso

Muitos procedimentos de diagnóstico utilizam luz para detectar a quantidade de uma substância específica. Esta pode ser uma substância colorida ou uma substância luminescente. Infelizmente, existem muitos sinais de fundo na faixa de luz visível. Para mudar o sinal óptico de uma medição para uma faixa espectral melhor, os pesquisadores usaram tubos de carbono com menos de um nanômetro de diâmetro. Isso é cerca de 100.000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano.

Os sensores apresentam fluorescência na faixa do infravermelho próximo, que não é visível ao olho humano, e não branqueiam. Além disso, a fluorescência dos sensores é sensível ao seu ambiente químico devido a uma modificação na sua superfície. Isso permite observar reações químicas e detectar produtos de reação quando interagem com o nanotubo.

A fluorescência dos nanotubos desloca o sinal para a faixa do infravermelho próximo, o que, combinado com a alta sensibilidade dos nanotubos, resulta em uma mudança no limite de detecção. Isto é importante, por exemplo, quando os marcadores de doenças estão presentes em níveis muito baixos numa infecção ou doença como o cancro.

A capacidade de adaptar os nanotubos a diferentes analitos abre uma ampla gama de possibilidades, incluindo um aumento na sensibilidade. Este ganho em sensibilidade permite uma mudança potencial nos limites de detecção, o que pode levar a economias de material e de tempo nos processos de diagnóstico. Esta abordagem inovadora poderia aumentar significativamente a eficiência dos métodos de detecção em diagnósticos médicos.

O grupo demonstrou que o novo princípio do sensor funciona utilizando os substratos p-fenilenodiamina e tetrametilbenzidina para a enzima peroxidase de rábano. “Esta enzima é usada em uma variedade de métodos de detecção bioquímica”, explica Justus Metternich, do Fraunhofer IMS.

"Em princípio, porém, o conceito pode ser aplicado a todos os tipos de sistemas. Por exemplo, também investigamos a enzima β-galactosidase, que é de interesse para aplicações diagnósticas. Com algumas modificações, também poderia ser usada em biorreações ."

No futuro, o grupo pretende adaptar os sensores para outras aplicações. Por exemplo, dependendo da aplicação, os sensores poderiam se tornar mais estáveis ​​com os chamados defeitos quânticos. “Isso seria particularmente vantajoso se você não quiser apenas medir em soluções aquosas simples, mas também acompanhar reações enzimáticas em ambientes complicados com células, no sangue ou no próprio biorreator”, explica Sebastian Kruss, professor de Físico-Química da Ruhr University Bochum e chefe do Attract Group Biomedical Nanosensors no Fraunhofer IMS.

Mais informações: Justus T. Metternich et al, Amplificação de Sinal e Tradução no Infravermelho Próximo de Reações Enzimáticas por Nanosensores, Angewandte Chemie Edição Internacional (2023). DOI:10.1002/anie.202316965
Fornecido por Ruhr-Universitaet-Bochum