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– Uma equipe de pesquisadores do Empa, ETH Zurich e Hospital Universitário de Zurique conseguiu desenvolver um novo sensor para detectar o novo coronavírus. No futuro, poderia ser usado para medir a concentração do vírus no ambiente – por exemplo, em locais onde há muitas pessoas ou em sistemas de ventilação hospitalar.
Courtesy EMPA by Karin Weinmann : Jing Wang e sua equipe da Empa e da ETH Zurich geralmente trabalham na medição, análise e redução de poluentes no ar, como aerossóis e nanopartículas produzidas artificialmente. No entanto, o desafio que o mundo inteiro está enfrentando atualmente também está mudando as metas e estratégias nos laboratórios de pesquisa. O novo foco: um sensor que pode detectar de forma rápida e confiável o SARS-CoV-2 – o novo corona vírus.
Mas a idéia não está tão distante do trabalho de pesquisa anterior do grupo: mesmo antes de o COVID-19 começar a se espalhar, primeiro na China e depois no mundo, Wang e seus colegas estavam pesquisando sensores que podiam detectar bactérias e vírus no mundo. ar. Já em janeiro, nasceu a idéia de usar essa base para desenvolver ainda mais o sensor, de forma que ele pudesse identificar com segurança um vírus específico. O sensor não substituirá necessariamente os testes laboratoriais estabelecidos, mas poderia ser usado como um método alternativo para o diagnóstico clínico e, com maior destaque, para medir a concentração do vírus no ar em tempo real: por exemplo, em locais movimentados, como estações de trem ou hospitais.
Testes rápidos e confiáveis para o novo coronavírus são urgentemente necessários para controlar a pandemia o mais rápido possível. A maioria dos laboratórios usa um método molecular chamado reação em cadeia da polimerase com transcrição reversa, ou RT-PCR, para abreviar, para detectar vírus em infecções respiratórias. Isso está bem estabelecido e pode detectar até uma quantidade minúscula de vírus – mas, ao mesmo tempo, pode ser demorado e propenso a erros.
Um sensor óptico para amostras de RNA
Jing Wang e sua equipe desenvolveram um método de teste alternativo na forma de um biossensor óptico. O sensor combina dois efeitos diferentes para detectar o vírus com segurança e confiabilidade: um óptico e um térmico.
O sensor é baseado em pequenas estruturas de ouro, as chamadas nano-ilhas de ouro, em um substrato de vidro. Os receptores de DNA produzidos artificialmente que correspondem a sequências específicas de RNA do SARS-CoV-2 são enxertados nas nano-ilhas. O coronavírus é um chamado vírus de RNA: seu genoma não consiste em uma fita dupla de DNA como nos organismos vivos, mas em uma única fita de RNA. Os receptores no sensor são, portanto, as seqüências complementares das seqüências de RNA únicas do vírus, que podem identificar o vírus com segurança.
A tecnologia que os pesquisadores usam para detecção é chamada LSPR, abreviação de ressonância plasmônica de superfície localizada. Este é um fenômeno óptico que ocorre em nanoestruturas metálicas: quando excitadas, elas modulam a luz incidente em uma faixa específica de comprimento de onda e criam um campo próximo plasmônico ao redor da nanoestrutura. Quando as moléculas se ligam à superfície, o índice de refração local dentro do campo próximo plasmônico excitado muda. Um sensor óptico localizado na parte traseira do sensor pode ser usado para medir essa alteração e, assim, determinar se a amostra contém os fios de RNA em questão.
Calor aumenta a confiabilidade
No entanto, é importante que apenas as cadeias de RNA que correspondem exatamente ao receptor de DNA no sensor sejam capturadas. É aqui que um segundo efeito entra em jogo no sensor: o efeito fototérmico plasmônico (PPT). Se a mesma nanoestrutura no sensor é excitada com um laser de um determinado comprimento de onda, produz calor localizado.
E como isso ajuda a confiabilidade? Como já mencionado, o genoma do vírus consiste em apenas uma única cadeia de RNA. Se esse fio encontrar sua contraparte complementar, os dois se combinam para formar um fio duplo – um processo chamado hibridação. A contraparte – quando um fio duplo se divide em fios simples – é chamada de fusão ou desnaturação. Isso acontece a uma certa temperatura, a temperatura de fusão. No entanto, se a temperatura ambiente for muito menor que a temperatura de fusão, os fios que não são complementares entre si também podem se conectar. Isso pode levar a resultados de testes falsos. Se a temperatura ambiente for apenas ligeiramente menor que a temperatura de fusão, apenas fios complementares poderão se unir. E este é exatamente o resultado do aumento da temperatura ambiente, causado pelo efeito PPT.
Para demonstrar com que confiabilidade o novo sensor detecta o vírus COVID-19 atual, os pesquisadores o testaram com um vírus muito próximo: SARS-CoV. Este é o vírus que eclodiu em 2003 e desencadeou a pandemia de SARS. Os dois vírus – SARS-CoV e SARS-CoV2 – diferem apenas ligeiramente em seu RNA. E a validação foi bem-sucedida: “Os testes mostraram que o sensor pode distinguir claramente entre as seqüências de RNA muito semelhantes dos dois vírus”, explica Jing Wang. E os resultados estão prontos em questão de minutos.
No momento, no entanto, o sensor ainda não está pronto para medir a concentração do vírus corona no ar, por exemplo, na principal estação ferroviária de Zurique. Ainda são necessárias várias etapas de desenvolvimento para fazer isso – por exemplo, um sistema que aspira o ar, concentra os aerossóis nele e libera o RNA dos vírus. “Isso ainda precisa de trabalho de desenvolvimento”, diz Wang. Porém, assim que o sensor estiver pronto, o princípio poderá ser aplicado a outros vírus e ajudar a detectar e impedir epidemias em um estágio inicial.
Information :
Prof. Dr. Jing Wang
Advanced Analytical Technologies
Phone +41 58 765 61 15
jing.wang@empa.ch
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