Novo biossensor ótico pode diagnosticar infecções em segundos

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Originalmente por phys.org – Cientistas russos desenvolveram uma nova tecnologia à laser para fabricar novos biossensores óticos que são capazes de identificar doenças infecciosas em segundos. O dispositivo revela bactérias e vírus nocivos por meio de luz de infravermelho e ser utilizado, por exemplo, em grandes centros de transportes, como aeroportos – onde o fluxo de pessoas é constante. O estudo foi publicado no ‘Laser Physics Letters’.

O biossensor é feito de um nanofilme de prata microperfurado, depositado em um substrato transparente feito de fluorite. Uma amostra do biomaterial, tais como raspagens de mucosa nasal, são colocadas sobre a película. Em seguida, o filme é exposto à luz de infravermelho de um espectrômetro. Fazendo a luz atravessar a amostra, os pesquisadores podem averiguar a presença de bactérias ou vírus específicos.

Para provar que o biossensor pode instantaneamente detectar microorganismos patogênicos, os cientistas utilizaram uma bactéria comum: Staphylococcus aureus. Essa análise pode ser amplamente utilizada em grandes centros de transportes, como aeroportos, que exigem constante monitoramento de saúde dos passageiros. Atualmente, isso é feito, em partes, por câmeras termográficas que controlam a temperatura do corpo. Um passageiro com uma febre pode ser uma fonte potencial de infecção. Nesse caso, é necessária uma análise para averiguar se a pessoa está, de fato, doente, ou o que está causando o problema. A nova técnica, em contraste, pode permitir resultados relevantes em pouquíssimo tempo.

A pesquisa foi conduzida por cientistas da Universidade ITMO, da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI dos Estados Unidos, do Instituto de Física Lebedev, e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, com colaboração do Hospital Clínico de Infecções de Moscou.

Outra vantagem do novo biossensor é a sua capacidade sensitiva. “Os biossensores óticos feitos através da nossa tecnologia podem detectar bactérias individuais. O diagnóstico precoce de doenças infecciosas em instituições públicas – pré-escolas, escolas, universidades -, principalmente durante epidemias sazonais, pode ajudar a acabar com elas”, diz Sergey Kudryashov, principal pesquisador do Departamento de Tecnologia à Laser e Instrumentação na Universidade ITMO.

A sensibilidade do biossensor é possível graças à estrutura semelhante a uma grelha do filme de prata. Quando a luz de infravermelho passa pelo sensor, ela se distribui na superfície. As microperfurações se transformam em pontos com maior intensidade de luz. Microorganismos contidos no biomaterial preenchem essas perfurações e absorvem a luz de forma mais eficaz, o que aumenta a probabilidade da sua detecção.

“Até agora, esses sensores podem ser vistos apenas em grandes ampliações, por meio de um microscópio eletrônico, de modo que a análise laboratorial real era fora de questão. Nosso método permite cobrir uma superfície muito maior – até um cm² -, com microperfurações, e nos permite também fazer um protótipo de tal sensor para aplicações laboratoriais reais”, observa Sergey Kudryashov.

Técnicas envolvendo biossensores não são novas, mas sim mal implementadas. Isso acontece devido ao fato de as tecnologias anteriores não terem permitido a fabricação de protótipos reais que pudessem ser testados em laboratórios e na prática clínica. Isso é um outro desafio importante que deve ser visto com atenção pelos cientistas antes de impulsionar a nova técnica na prática médica – a formação de uma base de dados de referência de bactérias que irão ser usadas para comparar os dados do espectrômetro de infravermelhos.

As leituras de espectrômetros de infravermelhos são sempre comparadas com essas bases de dados. Por exemplo, o Staphylococcus aureus, o microorganismo utilizado no estudo, tem os seus próprios fragmentos de impressões digitais – fragmentos de carotenoides derivados de caroteno, a substância responsável pela cor das cenouras.

Os cientistas esperam que, no futuro, a nova plataforma de biossensores óticos possa ser amplamente utilizada, devido aos menores custos de produção e fabricação barata, bem como o uso de materiais mais comuns para os substratos. Além disso, de acordo com os pesquisadores, uma vez que as bases de dados estão calibradas, o sensor será capaz de identificar não apenas os microorganismos patogênicos, mas também a sua quantidade aproximada.

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