Pesquisadores da UFSCar criam biossensores eletroquímicos em impressora 3D para detecção do vírus da Covid-19
Tecnologias patenteadas são capazes de detectar o vírus na saliva em apenas 30 minutos
Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) criaram biossensores capazes de detectar o Sars-CoV-2, vírus causador da Covid-19, na saliva, em apenas 30 minutos. Seu principal diferencial, em relação às alternativas existentes no mercado, é o fato de serem produzidos por impressão 3D.
Os biossensores desenvolvidos são dispositivos eletroquímicos de análise, compostos por eletrodos que captam sinais elétricos. "Em contato com uma amostra de saliva menor do que uma gota, caso haja a presença do vírus, haverá mudança de carga elétrica, permitindo, assim, rápida detecção", conta Bruno Campos Janegitz, docente do Departamento de Ciências da Natureza, Matemática e Educação (DCNME-Ar) do Campus Araras e coordenador do Laboratório de Sensores, Nanomedicina e Materiais Nanoestruturados (LSNano) da Universidade.
Os eletrodos são compostos a partir de filamentos de polímeros (responsáveis por dar toda a estrutura ao dispositivo) e materiais condutores (como grafite ou grafeno), que se misturam com a ajuda de solventes (como acetona ou clorofórmio), com incorporação do material condutivo à matriz polimérica. Esses materiais precisam ter características específicas para que possam ser utilizados na impressão 3D. "Eles precisam, por exemplo, ser 'derretidos' em temperaturas que vão de 180 a 250 graus Celsius. A impressão é feita em camadas e, depois, o material é resfriado e fica novamente sólido, criando, assim, a estrutura desejada", detalha Jéssica Stefano, pesquisadora de pós-doutorado no LSNano.
A vantagem de usar a impressão 3D na produção desses dispositivos é que ela facilita a moldagem e possibilita o desenho de estruturas com formatos e tamanhos exatamente como propostas pelos pesquisadores, de forma rápida. "A produção dos biossensores ocorre em cerca de duas horas. Se for feita em larga escala, dependendo da qualidade e do tamanho da impressora, o processo pode durar ainda menos", registra Luiz Ricardo Guterres e Silva, estudante de doutorado no Programa de Pós-Graduação de Ciência dos Materiais (PPGCM-So) no Campus Sorocaba da UFSCar.
Detecção do vírus
Um dos biossensores criados pela equipe na impressora 3D faz uso de partes do material genético do Sars-CoV-2. "Neste dispositivo, nós inserimos, em sua superfície, nanopartículas de ouro, que são essenciais para que uma parte do material genético do vírus possa ser 'ligada' nos eletrodos. Assim, quando o dispositivo entra em contato com a outra parte da sequência genética, presente na amostra de saliva, ocorre a ligação que possibilita a detecção do vírus", explica Stefano.
Outro biossensor desenvolvido em 3D pelo LSNano detecta o vírus através de anticorpo e da proteína spike do vírus. "Neste caso, o biossensor, em vez de ser feito com a ancoragem do DNA complementar do vírus na superfície do ouro, é feito pela imobilização do anticorpo específico para a proteína do vírus. O dispositivo contendo o anticorpo é o biossensor; quando entra em contato com a proteína do vírus, é possível detectá-lo pela alteração na resposta analítica", complementa Stefano.
Durante o desenvolvimento, os pesquisadores encontraram dificuldade em importar os filamentos usados nos biossensores, devido à alta demanda. Também, segundo Janegitz, os filamentos comerciais não têm boa condução, por serem destinados a diversas finalidades, e não especificamente à produção de sensores. "Ao utilizá-los, é necessário fazer um tratamento químico para melhorar a sua condução, o que demanda tempo e uso de substâncias tóxicas", alerta o docente da UFSCar.
Surgiu, a partir desta realidade, um novo desafio: a produção de filamentos no próprio LSNano. "Escolhemos materiais que possuem melhor condutividade e otimizamos o processo, já que agora não há mais a necessidade de passar pelo tratamento que fazíamos com os filamentos importados, tornando o processo menos custoso e mais sustentável", analisa Silva.
Neste caso, os pesquisadores optaram pelo uso do ácido polilático, que é um polímero biodegradável, reciclável e produzido a partir da fermentação, por bactérias, de vegetais como milho, mandioca e beterraba. O ácido, por sua vez, se mistura com o grafite, responsável por proporcionar a condutividade elétrica do sistema.
Assim, as tecnologias, além de possibilitarem rápida detecção do vírus, têm baixo custo e alta precisão nos resultados, sendo possível diferenciar amostras com altas e baixas cargas virais - quanto maior a carga viral, mais alterado fica o gráfico em relação ao original, sem o vírus.
Os biossensores eletroquímicos e o filamento foram registrados como patentes junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), com o apoio da Agência de Inovação (AIn) da Universidade.
Os testes foram feitos em escala laboratorial. Empresas interessadas em realizar a transferência das tecnologias e viabilizar sua produção em larga escala podem entrar em contato com a Agência de Inovação da UFSCar, pelo e-mail inovacao@ufscar.br.
Os biossensores desenvolvidos são dispositivos eletroquímicos de análise, compostos por eletrodos que captam sinais elétricos. "Em contato com uma amostra de saliva menor do que uma gota, caso haja a presença do vírus, haverá mudança de carga elétrica, permitindo, assim, rápida detecção", conta Bruno Campos Janegitz, docente do Departamento de Ciências da Natureza, Matemática e Educação (DCNME-Ar) do Campus Araras e coordenador do Laboratório de Sensores, Nanomedicina e Materiais Nanoestruturados (LSNano) da Universidade.
Os eletrodos são compostos a partir de filamentos de polímeros (responsáveis por dar toda a estrutura ao dispositivo) e materiais condutores (como grafite ou grafeno), que se misturam com a ajuda de solventes (como acetona ou clorofórmio), com incorporação do material condutivo à matriz polimérica. Esses materiais precisam ter características específicas para que possam ser utilizados na impressão 3D. "Eles precisam, por exemplo, ser 'derretidos' em temperaturas que vão de 180 a 250 graus Celsius. A impressão é feita em camadas e, depois, o material é resfriado e fica novamente sólido, criando, assim, a estrutura desejada", detalha Jéssica Stefano, pesquisadora de pós-doutorado no LSNano.
A vantagem de usar a impressão 3D na produção desses dispositivos é que ela facilita a moldagem e possibilita o desenho de estruturas com formatos e tamanhos exatamente como propostas pelos pesquisadores, de forma rápida. "A produção dos biossensores ocorre em cerca de duas horas. Se for feita em larga escala, dependendo da qualidade e do tamanho da impressora, o processo pode durar ainda menos", registra Luiz Ricardo Guterres e Silva, estudante de doutorado no Programa de Pós-Graduação de Ciência dos Materiais (PPGCM-So) no Campus Sorocaba da UFSCar.
Um dos biossensores criados pela equipe na impressora 3D faz uso de partes do material genético do Sars-CoV-2. "Neste dispositivo, nós inserimos, em sua superfície, nanopartículas de ouro, que são essenciais para que uma parte do material genético do vírus possa ser 'ligada' nos eletrodos. Assim, quando o dispositivo entra em contato com a outra parte da sequência genética, presente na amostra de saliva, ocorre a ligação que possibilita a detecção do vírus", explica Stefano.
Outro biossensor desenvolvido em 3D pelo LSNano detecta o vírus através de anticorpo e da proteína spike do vírus. "Neste caso, o biossensor, em vez de ser feito com a ancoragem do DNA complementar do vírus na superfície do ouro, é feito pela imobilização do anticorpo específico para a proteína do vírus. O dispositivo contendo o anticorpo é o biossensor; quando entra em contato com a proteína do vírus, é possível detectá-lo pela alteração na resposta analítica", complementa Stefano.
Durante o desenvolvimento, os pesquisadores encontraram dificuldade em importar os filamentos usados nos biossensores, devido à alta demanda. Também, segundo Janegitz, os filamentos comerciais não têm boa condução, por serem destinados a diversas finalidades, e não especificamente à produção de sensores. "Ao utilizá-los, é necessário fazer um tratamento químico para melhorar a sua condução, o que demanda tempo e uso de substâncias tóxicas", alerta o docente da UFSCar.
Surgiu, a partir desta realidade, um novo desafio: a produção de filamentos no próprio LSNano. "Escolhemos materiais que possuem melhor condutividade e otimizamos o processo, já que agora não há mais a necessidade de passar pelo tratamento que fazíamos com os filamentos importados, tornando o processo menos custoso e mais sustentável", analisa Silva.
Neste caso, os pesquisadores optaram pelo uso do ácido polilático, que é um polímero biodegradável, reciclável e produzido a partir da fermentação, por bactérias, de vegetais como milho, mandioca e beterraba. O ácido, por sua vez, se mistura com o grafite, responsável por proporcionar a condutividade elétrica do sistema.
Assim, as tecnologias, além de possibilitarem rápida detecção do vírus, têm baixo custo e alta precisão nos resultados, sendo possível diferenciar amostras com altas e baixas cargas virais - quanto maior a carga viral, mais alterado fica o gráfico em relação ao original, sem o vírus.
Os biossensores eletroquímicos e o filamento foram registrados como patentes junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), com o apoio da Agência de Inovação (AIn) da Universidade.
Os testes foram feitos em escala laboratorial. Empresas interessadas em realizar a transferência das tecnologias e viabilizar sua produção em larga escala podem entrar em contato com a Agência de Inovação da UFSCar, pelo e-mail inovacao@ufscar.br.
Contato para esta matéria: Adriana Arruda Telefone: (16) 33518478
« voltar
