Sensor baseado em papel detecta COVID-19 em minutos

À medida que a pandemia de COVID-19 continua a se espalhar pelo mundo, os testes continuam sendo uma estratégia fundamental para rastrear e conter o vírus. Os pesquisadores desenvolveram um teste rápido e ultrassensível usando um sensor eletroquímico baseado em papel que pode detectar a presença do vírus em menos de cinco minutos.

Existem duas grandes categorias de testes COVID-19 no mercado. O primeiro usa a reação em cadeia da polimerase em tempo real com transcriptase reversa (RT-PCR) e estratégias de hibridização de ácido nucleico para identificar o RNA viral. Algumas desvantagens incluem o tempo necessário para concluir o teste, a necessidade de pessoal especializado e a disponibilidade de equipamentos e reagentes. A segunda categoria concentra-se na detecção de anticorpos; no entanto, pode haver um atraso de alguns dias a algumas semanas após uma pessoa ter sido exposta ao vírus para que ela produza anticorpos detectáveis.

Nos últimos anos, os pesquisadores tiveram algum sucesso na criação de biossensores de ponto de atendimento usando nanomateriais 2D, como o grafeno, para detectar doenças. As principais vantagens desses biossensores são sua sensibilidade, baixo custo de produção e rapidez na detecção. O grafeno apresenta propriedades mecânicas e eletroquímicas únicas que o tornam ideal para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos sensíveis. A equipe criou um biossensor eletroquímico baseado em grafeno com uma configuração de leitura elétrica para detectar seletivamente a presença de material genético SARS-CoV-2.

Existem dois componentes para o biossensor:uma plataforma para medir uma leitura elétrica e sondas para detectar a presença de RNA viral. Para criar a plataforma, os pesquisadores primeiro revestiram papel de filtro com uma camada de nanoplaquetas de grafeno para criar um filme condutor. Em seguida, eles colocaram um eletrodo de ouro com um design predefinido em cima do grafeno como uma almofada de contato para leitura elétrica. Tanto o ouro quanto o grafeno possuem alta sensibilidade e condutividade, o que torna essa plataforma ultrassensível para detectar mudanças nos sinais elétricos.

Os testes atuais de COVID-19 baseados em RNA examinam a presença do gene N (fosfoproteína do nucleocapsídeo) no vírus SARS-CoV-2. Nesta pesquisa, a equipe projetou sondas de oligonucleotídeo antisense (ASOs) para atingir duas regiões do gene N. O direcionamento de duas regiões garante a confiabilidade do senor caso uma região sofra mutação genética. As nanopartículas de ouro (AuNP) são cobertas com esses ácidos nucleicos de fita simples (ssDNA), que representam uma sonda de detecção ultrassensível para o RNA do SARS-CoV-2.

Os pesquisadores mostraram anteriormente a sensibilidade das sondas de detecção desenvolvidas em trabalhos anteriores. A hibridização do RNA viral com essas sondas causa uma alteração na resposta elétrica do sensor. Os caps AuNP aceleram a transferência de elétrons e, quando transmitidos pela plataforma de detecção, resultam em um aumento no sinal de saída e indicam a presença do vírus.

A equipe testou o desempenho do sensor usando amostras positivas e negativas de COVID-19. O sensor mostrou um aumento significativo na voltagem das amostras positivas em relação às negativas e confirmou a presença de material genético viral em menos de cinco minutos. Além disso, o sensor foi capaz de diferenciar as cargas de RNA viral nessas amostras. A carga viral é um importante indicador quantitativo do progresso da infecção e um desafio para medir usando os métodos de diagnóstico existentes.

Esta plataforma possui aplicações de grande alcance devido à sua portabilidade e baixo custo. O sensor, quando integrado a microcontroladores e telas de LED ou a um smartphone via Bluetooth ou WiFi, pode ser usado no ponto de atendimento em um consultório médico ou até mesmo em casa. Além do COVID-19, a equipe também prevê que o sistema seja adaptável para a detecção de muitas doenças diferentes.