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O transistor de plástico amplifica o sinal bioquímico

10.04.2023

As moléculas do nosso corpo estão constantemente se comunicando. Algumas dessas moléculas fornecem uma impressão digital bioquímica que pode indicar como uma ferida está cicatrizando, se um tratamento contra o câncer está funcionando ou não, ou se um vírus invadiu o corpo. Se pudéssemos detectar esses sinais em tempo real com alta sensibilidade, poderíamos reconhecer problemas de saúde mais rapidamente e monitorar a progressão da doença.

Agora, pesquisadores da Northwestern University desenvolveram uma nova tecnologia que torna mais fácil escutar as conversas internas do nosso corpo.

Embora os sinais químicos do corpo sejam incrivelmente fracos, tornando-os difíceis de detectar e analisar, os cientistas desenvolveram um novo método que amplifica os sinais em mais de 1000 vezes. Transistores, o bloco de construção da eletrônica, podem amplificar sinais fracos para fornecer saída amplificada. A nova abordagem simplifica a detecção de sinal sem componentes eletrônicos complexos e incômodos.

Ao amplificar sinais bioquímicos fracos, a nova abordagem aproxima a medicina moderna do diagnóstico no local e do monitoramento de doenças em tempo real.

Embora transmitam informações vitais com potencial para diagnóstico e tratamento, muitos sensores químicos fornecem sinais fracos. Na verdade, os profissionais médicos geralmente não conseguem decifrar esses sinais sem coletar uma amostra (sangue, suor, saliva) e analisá-la em equipamentos de laboratório de alta tecnologia. Normalmente, esse equipamento é caro e pode até estar localizado fora do local. E pode levar um tempo insuportavelmente longo para retornar os resultados. No entanto, a equipe de Rivne se esforça para sentir e amplificar esses sinais ocultos sem sair do corpo.

Outros cientistas exploraram sensores eletroquímicos para o biossensor usando aptâmeros, que são filamentos simples de DNA projetados para se ligar a alvos específicos. Depois de se ligarem com sucesso a um alvo interessante, os aptâmeros agem como um interruptor eletrônico, dobrando-se em uma nova estrutura que aciona um sinal eletroquímico. Mas apenas com aptâmeros, os sinais geralmente são fracos e muito suscetíveis a ruído e distorção, a menos que sejam testados em condições ideais e bem controladas.

Para evitar esse problema, a equipe de Rivnay equipou um amplificador baseado em um sensor tradicional baseado em eletrodo e desenvolveu uma nova arquitetura de sensor eletroquímico baseado em transistor que pode detectar e amplificar um sinal bioquímico fraco. Este novo dispositivo usa um eletrodo para detectar o sinal, mas o transistor adjacente está lá para amplificar o sinal. Os pesquisadores também incluíram um eletrodo de referência de filme fino embutido para tornar os sinais amplificados mais estáveis e confiáveis.

Para testar a nova tecnologia, a equipe de Rivnay recorreu a uma citocina comum, um tipo de proteína sinalizadora que regula a resposta imune e está envolvida no reparo e regeneração de tecidos. Ao medir a concentração de certas citocinas perto da ferida, os especialistas podem avaliar a rapidez com que a ferida está cicatrizando, se há uma nova infecção ou outras intervenções médicas.

Em uma série de experimentos, Rovnay e sua equipe conseguiram aumentar o sinal da citocina em três a quatro ordens de magnitude em comparação com os métodos tradicionais de detecção de aptâmeros baseados em eletrodos. Embora a tecnologia tenha mostrado bons resultados em experimentos de sinalização de citocinas, ela deve ser capaz de amplificar sinais de qualquer molécula ou produto químico, incluindo anticorpos, hormônios ou drogas, onde o circuito de detecção usa repórteres eletroquímicos.

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