Pesquisadores desenvolvem chips com alta densidade de sensores eletroquímicos integrados à microfluídica capazes de realizar análises biológicas rápidas usando uma plataforma portátil e de baixo custo
Grupo do Laboratório Nacional de Nanotecnologia do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (LNNano/CNPEM), coordenado pelo pesquisador Renato Sousa Lima, desenvolveu dispositivo que funciona como uma plataforma versátil para detectar substâncias químicas, monitorar processos celulares e realizar experimentos simultâneos em larga escala, o chamado high-throughput. O trabalho foi publicado em artigo destacado na capa do periódico científico ACS Sensors. Entre as aplicações demonstradas estão o diagnóstico da Mpox, o monitoramento de fosfato, composto relevante para exames clínicos, e o monitoramento da proliferação de células de câncer. O estudo teve financiamento do Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avançados (CEMol).
A ideia central do dispositivo é concentrar muitos sensores em um espaço muito pequeno, permitindo a redução de custo, a compatibilidade com a microfluídica (uma ferramenta essencial para fins de automação em testes de rotina) e o teste de várias amostras em poucos minutos. Essas características podem tornar possível acelerar exames médicos e realizar testes em massa, o que é essencial em cenários epidêmicos e pandêmicos. Além disso, esse arranjo permite a miniaturização do sistema, o que possibilita o acoplamento em equipamentos portáteis. O método possui potencial para aplicação na área da saúde, como em testes de novos fármacos, oncologia de precisão e diagnósticos descentralizados de doenças.
O grande diferencial do trabalho está no uso de eletrodos comutáveis, que podem alternar suas funções ao longo de experimentos em série. Em sistemas eletroquímicos convencionais, cada eletrodo tem um papel fixo. No dispositivo desenvolvido, eletrodos de ouro do mesmo tamanho podem atuar ora como eletrodo de trabalho, ora como eletrodo de referência (ou, mais precisamente, quase-referência no caso dos chips fabricados), dependendo de como são conectados e fabricados. Em termos práticos, é como se cada ponto do chip pudesse funcionar tanto como entrada quanto como saída do sistema elétrico, conforme o referencial adotado. Essa flexibilidade reduz drasticamente a complexidade do processo de fabricação de dispositivos de alta densidade, usualmente baseada em processos de fabricação 3D que requerem algumas etapas sequenciais. O chip desenvolvido, por outro lado, baseia-se em eletrodos 2D, o que simplifica a fabricação, demandando apenas uma etapa.
Chip funciona como uma plataforma versátil para detectar substâncias químicas, monitorar processos celulares e realizar experimentos simultâneos em larga escala. Créditos: Renato Sousa Lima LNNano/CNPEM
Entre os usos mais promissores do dispositivo desenvolvido, está a aplicação em medicina de precisão. No futuro, chips como esse poderão ser empregados para testar rapidamente diferentes tratamentos em células tumorais retiradas do próprio paciente. Em vez de escolher um quimioterápico por tentativa e erro, seria possível avaliar, em larga escala e em pouco tempo, qual droga funciona melhor para aquele caso específico, com maior eficiência terapêutica e menor efeito colateral. Esse tipo de triagem personalizada pode tornar o tratamento do câncer mais eficaz, mais rápido e potencialmente menos agressivo. Esse trabalho é um exemplo de como avanços em engenharia molecular para fabricação de dispositivos podem melhorar os cuidados em saúde.
A capa do periódico busca representar o funcionamento dos chips desenvolvidos, com eletrodos planares de ouro do mesmo tamanho sendo alternados entre eletrodos de trabalho (WE) e de quase-referência (QRE) ao longo de medidas em série. Os bonecos e elétrons simbolizam reações de oxidação e redução ocorrendo sobre as superfícies dos eletrodos comutáveis. Já a ampulheta sugere a passagem do tempo e o uso de um mesmo eletrodo em diferentes funções ao longo de análises realizadas em série.
Leia o artigo completo em: https://doi.org/10.1021/acssensors.5c03049.
Título: Switchable Electrode-Enabled High-Density Two-Dimensional Chips: A Simple, Generalizable Approach to Yield High-Throughput Electrochemical Analyses
Autores: Bruna M. Hryniewicz, Gabriela Zoia, Bruna Bragantin, Thiago S. Martins, Gabriel J. C. Pimentel, Juliana N. Y. Costa, Pedro H. N. da Silva, Paula C. R. Corsato, Karl J. Clinckspoor, Murilo Santhiago, Flávio M. Shimizu, Charles S. Henry, Osvaldo N. Oliveira Jr., Renato S. Lima
Periódico: ACS Sensors
Sobre o LNNano
O Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) atua na pesquisa e no desenvolvimento envolvendo a escala nanométrica, por meio de infraestruturas sofisticadas e equipes altamente especializadas, capazes de buscar respostas a desafios científicos e alavancar soluções tecnológicas. Suas instalações abertas compõem um parque único no País, incluindo microscopia eletrônica, criomicroscopia, microscopia de força atômica, além de salas limpas e laboratórios que possibilitam desde a síntese e a caracterização de materiais até a fabricação de dispositivos. Sua pesquisa científica aborda temas estratégicos, nos quais a nanociência e a nanotecnologia contribuem para a solução de problemas nacionais, como em energias renováveis, materiais para a sustentabilidade, saúde e dispositivos quânticos. O LNNano faz parte do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP), uma Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI).
Sobre o CNPEM
O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) abriga um ambiente científico de fronteira, multiusuário e multidisciplinar, com ações em diferentes frentes do Sistema Nacional de CT&I. Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), com interveniência do Ministério da Educação e do Ministério da Saúde, o CNPEM é impulsionado por pesquisas que impactam as áreas de saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade. Responsável pelo Sirius, maior equipamento científico já construído no País. O CNPEM hoje desenvolve o projeto Orion, complexo laboratorial para pesquisas avançadas em patógenos. Equipes altamente especializadas em ciência e engenharia, infraestruturas sofisticadas abertas à comunidade científica, linhas estratégicas de investigação, projetos inovadores com o setor produtivo e formação de pesquisadores e estudantes compõem os pilares da atuação deste centro único no País, capaz de atuar como ponte entre conhecimento e inovação. As atividades de pesquisa e desenvolvimento do CNPEM são realizadas por seus Laboratórios Nacionais de: Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR), além de sua unidade de Tecnologia (DAT) e da Ilum Escola de Ciência, curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia.