Engenheiros da Tufts Revelam Sensor Vestível para Detectar Patógenos, Toxinas e Produtos Químicos Perigosos

Universidade Tufts, Medford, MA

Um drone no qual o fuselagem é embutido com material sensor. (Imagem: SilkLab)

Plataforma de Sensor Biopolimérico

Pesquisadores da Escola de Engenharia de Tufts desenvolveram um método para detectar bactérias, toxinas e produtos químicos perigosos no ambiente com um sensor biopolimérico que pode ser impresso como tinta em uma ampla gama de materiais — incluindo vestíveis.

Usando uma enzima análoga à encontrada em vagalumes, o sensor — baseado em proteínas computacionalmente projetadas e fibroína de seda extraída dos casulos da mariposa da seda Bombyx Mori — brilha quando detecta estas ameaças invisíveis.

O sensor biopolimérico também pode ser embutido em filmes, esponjas e filtros, ou moldado como plástico para amostrar e detectar perigos aerotransportados e aquáticos ou usado para sinalizar infecções em nossos corpos.

Os sensores atualmente requerem uma pulverização com um produto químico não tóxico após serem potencialmente expostos a bactérias, toxinas e produtos químicos perigosos. Se o alvo estiver presente, o sensor gera luz; a intensidade da luz emitida fornece uma medida quantitativa da concentração do alvo.

"A combinação de proteínas projetadas em laboratório e seda é uma plataforma de sensor que pode ser adaptada para detectar uma ampla gama de agentes químicos e biológicos com alto grau de especificidade e sensibilidade", disse o Professor Fiorenzo Omenetto, Diretor do Tufts SilkLab. "Por exemplo, SARS-CoV-2 e anticorpos anti-hepatite B podem ser medidos em níveis que se aproximam de ensaios caseiros."

Modularidade e Estabilidade

O elemento sensor é modular, então desenvolvedores podem trocar proteínas recém-projetadas para capturar patógenos ou moléculas específicas a medir, enquanto o mecanismo de emissão de luz permanece o mesmo.

"Usando o sensor, podemos captar níveis traço de SARS-CoV-2 aerotransportado, ou podemos imaginar modificá-lo para se adaptar à próxima ameaça de saúde pública que possa surgir", disse Omenetto.

Os sensores podem assumir uma variedade de formas, como evidenciado pela equipe de pesquisa criando drones de detecção viral nos quais seu fuselagem foi embutido com o material sensor. Durante o voo, as hélices direcionam fluxo de ar através do corpo poroso do drone, que pode ser examinado após o pouso. Os drones, que neste caso reagiram a patógenos aerotransportados, poderiam permitir monitoramento de ambientes a uma distância segura.

Os pesquisadores testaram a vida útil de materiais embutidos com sensores SARS-CoV-2 após armazená-los a 60 °C por quatro meses e encontraram pouca mudança de desempenho.

"Isso significa que podemos fabricar, distribuir e armazenar estas interfaces de sensoriamento por longos períodos sem perder sua sensibilidade ou precisão e sem necessidade de armazenamento refrigerado, o que é notável dado que são feitos de proteína", disse Luciana d'Amone, co-líder do projeto. Além disso, poderia expandir os formatos dos sensores.

"Por exemplo, você poderia fazer máscaras cirúrgicas capazes de detectar patógenos, embalá-las em caixas e usá-las ao longo do tempo como máscaras convencionais", disse d'Amone. "Também mostramos que você pode imprimir o sensor dentro de embalagens de alimentos para rastrear deterioração e toxinas. Você pode modificar tantos produtos que usamos todos os dias para incluir sensoriamento, e armazená-los e usá-los como normalmente faria."

A equipe prevê aplicações de sensores variando desde monitoramento pessoal e de pacientes e controle de infecção em ambientes de saúde até sensoriamento ambiental em casa, local de trabalho, militar e áreas de desastre.

Para mais informações, contate Mike Silver em este e-mail; 617-627-0545.