IE, 24/02/2023
Eles produziram um nanofio 10.000 vezes mais fino que um cabelo humano que pode ser cultivado por bactérias comuns e ajustado para "cheirar".
Em 2017, pesquisadores desenvolveram um nariz eletrônico capaz de detectar doenças. Agora, cientistas da Universidade de Massachusetts Amherst produziram um nanofio 10.000 vezes mais fino que um cabelo humano que pode ser cultivado de forma barata por bactérias comuns e ajustado para “cheirar” uma vasta gama de marcadores químicos.
Ele pode até detectar cheiros emitidos por pessoas que sofrem de uma ampla gama de condições médicas, como asma e doenças renais, de acordo com um comunicado de imprensa da instituição publicado na quarta-feira.
Monitoramento de complicações de saúde
Esses fios especialmente ajustados podem ser combinados em sensores minúsculos e vestíveis (wearable) para se tornar uma ferramenta sem precedentes para monitorar possíveis complicações de saúde.
A inovação foi liderada pelos autores seniores do novo estudo, Derek Lovley, Distinto Professor de Microbiologia na UMass Amherst, e Jun Yao, professor de engenharia elétrica e de computação na Faculdade de Engenharia da UMass Amherst. Foi baseada no funcionamento do nariz humano.
“O nariz humano tem centenas de receptores, cada um sensível a uma molécula específica”, disse Yao.
“Eles são muito mais sensíveis e eficientes do que qualquer dispositivo mecânico ou químico que possa ser projetado. Nós nos perguntamos como poderíamos alavancar o próprio design biológico em vez de depender de um material sintético.”
Para fazer isso, eles usaram uma bactéria conhecida como Geobacter sulfurreducens, que tem a capacidade natural de desenvolver nanofios minúsculos eletricamente condutores. Eles então começaram a editá-lo geneticamente.
“O que fizemos”, diz Lovley, “foi pegar o 'gene nanofio' – chamado pilin – de G. sulfurreducens e uni-lo ao DNA de Escherichia coli, uma das bactérias mais difundidas no mundo".
Lovley, Yao e a equipe o modificaram ainda mais para incluir um peptídeo específico conhecido como DLESFL, que é extremamente sensível à amônia – uma substância química frequentemente presente na respiração de pessoas com doença renal.
"Modificar geneticamente os nanofios os tornou 100 vezes mais responsivos à amônia do que eram originalmente", disse Yassir Lekbach, co-autor principal do artigo e pesquisador de pós-doutorado em microbiologia na UMass Amherst.
“Os nanofios produzidos por micróbios funcionam muito melhor como sensores do que os sensores descritos anteriormente, fabricados com nanofios tradicionais de silício ou metal”.
Inúmeros aplicativos
Agora, os novos sensores têm muitas aplicações além da detecção de amônia e doenças renais.
Toshiyuki Ueki, outro co-autor principal do artigo e professor de pesquisa em microbiologia na UMass Amherst, disse que “é possível projetar peptídeos únicos, cada um dos quais se liga especificamente a uma molécula de interesse”.
“Assim, à medida que mais moléculas rastreadoras emitidas pelo corpo e que são específicas para uma determinada doença são identificadas, podemos fazer sensores que incorporam centenas de diferentes nanofios farejadores de produtos químicos para monitorar todos os tipos de condições de saúde”, concluiu Ueki no comunicado à imprensa . .
As novidades estão detalhadas na revista Biosensors and Bioelectrics.
Resumo do estudo:
Os nanofios têm um potencial substancial como componente sensor em dispositivos eletrônicos de detecção. No entanto, a funcionalização da superfície de materiais tradicionais de nanofios e nanotubos com peptídeos curtos que aumentam a seletividade e a sensibilidade do sensor requer químicas complexas com reagentes tóxicos. Em contraste, os microrganismos podem montar monômeros de pilina em nanofios de proteínas com condutividade intrínseca de matérias-primas renováveis, produzindo um material eletrônico que é robusto e estável em aplicações, mas também biodegradável. Aqui, relatamos que a sensibilidade e a seletividade dos sensores baseados em nanofios de proteínas podem ser modificadas com uma abordagem genética plug and play simples, na qual uma sequência peptídica curta, projetada para ligar o analito de interesse, é incorporada à proteína pilina que é montada microbianamente em nanofios. Empregamos um chassi escalável de Escherichia coli para fabricar nanofios de proteína que exibiam um peptídeo previamente demonstrado para se ligar de forma eficaz à amônia ou um peptídeo conhecido por se ligar ao ácido acético. Os sensores compostos por filmes finos dos nanofios corrigidos com o peptídeo específico de amônia tiveram um ca. Resposta 100 vezes maior à amônia do que sensores feitos com nanofios de proteína não modificados. Os nanofios de proteína com o peptídeo que se liga ao ácido acético produziram uma resposta 4 vezes maior do que os nanofios sem o peptídeo. Os sensores baseados em nanofios de proteína tiveram respostas maiores do que os sensores relatados anteriormente, fabricados com outros nanomateriais. Os resultados demonstram que os nanofios de proteína com resposta de sensor aprimorada para analitos de interesse podem ser fabricados com uma estratégia genética flexível que elimina de forma sustentável a energia, ambiental,
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Fonte:https://interestingengineering.com/innovation/scientists-engineer-nose-to-sniff-diseases
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