Tecnologia Científica

Pesquisadores desenvolvem sensor para testes COVID-19 mais rápidos e precisos
Um sensor COVID-19 desenvolvido na Universidade Johns Hopkins pode revolucionar os testes de vírus, adicionando precisão e velocidade a um processo que frustrou muitos durante a pandemia.
Por Universidade Johns Hopkins - 28/03/2022


O material do sensor pode ser colocado em qualquer tipo de superfície, desde maçanetas e entradas de prédios até máscaras e tecidos. Crédito: Kam Sang Kwok e Aishwarya Pantula/Universidade Johns Hopkins

Um sensor COVID-19 desenvolvido na Universidade Johns Hopkins pode revolucionar os testes de vírus, adicionando precisão e velocidade a um processo que frustrou muitos durante a pandemia.

Em um novo estudo publicado hoje na Nano Letters , os pesquisadores descrevem o novo sensor, que não requer preparação de amostra e experiência mínima do operador, oferecendo uma forte vantagem sobre os métodos de teste existentes , especialmente para testes em toda a população.

"A técnica é tão simples quanto colocar uma gota de saliva em nosso dispositivo e obter um resultado negativo ou positivo", disse Ishan Barman, professor associado de engenharia mecânica, que junto com David Gracias, professor de engenharia química e biomolecular, são autores seniores do estudo. "A principal novidade é que esta é uma técnica livre de rótulos, o que significa que não são necessárias modificações químicas adicionais, como rotulagem molecular ou funcionalização de anticorpos. Isso significa que o sensor pode eventualmente ser usado em dispositivos vestíveis".

Barman diz que a nova tecnologia, que ainda não está disponível no mercado, aborda as limitações dos dois tipos mais utilizados de testes COVID-19: PCR e testes rápidos.

Os testes de PCR são altamente precisos, mas exigem uma preparação complicada da amostra, com resultados que levam horas ou até dias para serem processados ​​em laboratório. Por outro lado, os testes rápidos, que buscam a existência de antígenos, são menos eficazes na detecção de infecções precoces e casos assintomáticos, podendo levar a resultados errôneos.

O sensor é quase tão sensível quanto um teste de PCR e tão conveniente quanto um teste rápido de antígeno. Durante os testes iniciais, o sensor demonstrou 92% de precisão na detecção de SARS-COV-2 em amostras de saliva – comparável aos testes de PCR. O sensor também teve grande sucesso em determinar rapidamente a presença de outros vírus, incluindo H1N1 e Zika.

O sensor é baseado em litografia de nanoimpressão de grande área, espectroscopia Raman aprimorada de superfície (SERS) e aprendizado de máquina . Pode ser usado para testes em massa em formatos de chips descartáveis ​​ou em superfícies rígidas ou flexíveis.

A chave para o método é a matriz de antena isolante metálica (FEMIA) de campo flexível e de grande área desenvolvida pelo laboratório de Gracias. A amostra de saliva é colocada no material e analisada usando espectroscopia Raman de superfície aprimorada, que emprega luz laser para examinar como as moléculas do espécime examinado vibram. Como o FEMIA nanoestruturado fortalece significativamente o sinal Raman do vírus, o sistema pode detectar rapidamente a presença de um vírus, mesmo que existam apenas pequenos traços na amostra. Outra grande inovação do sistema é o uso de algoritmos avançados de aprendizado de máquina para detectar assinaturas muito sutis nos dados espectroscópicos que permitem aos pesquisadores identificar a presença e a concentração do vírus.

Ishan Barman, à esquerda, e David Gracias observam a assinatura espectral medida
pelo microscópio Raman, em primeiro plano, e descoberta pelo algoritmo de
aprendizado de máquina. Crédito: Will Kirk/Universidade Johns Hopkins

“A detecção óptica sem rótulo, combinada com aprendizado de máquina, nos permite ter uma única plataforma que pode testar uma ampla variedade de vírus com sensibilidade e seletividade aprimoradas, com uma resposta muito rápida”, disse o principal autor Debadrita Paria, que trabalhou no a pesquisa como bolsista de pós-doutorado em Engenharia Mecânica.
 
O material do sensor pode ser colocado em qualquer tipo de superfície, desde maçanetas e entradas de prédios até máscaras e tecidos.

"Usando fabricação de nanoimpressão de última geração e impressão de transferência, realizamos nanofabricação altamente precisa, ajustável e escalável de substratos de sensores COVID rígidos e flexíveis, o que é importante para implementação futura não apenas em biossensores baseados em chip, mas também em dispositivos vestíveis", disse Gracias.

Ele diz que o sensor pode ser integrado a um dispositivo de teste portátil para exames rápidos em locais lotados, como aeroportos ou estádios.

“Nossa plataforma vai além da atual pandemia de COVID-19”, disse Barman. "Podemos usar isso para testes amplos contra diferentes vírus, por exemplo, para diferenciar entre SARS-CoV-2 e H1N1, e até variantes. Essa é uma questão importante que não pode ser prontamente abordada pelos testes rápidos atuais ".

A equipe continua trabalhando para desenvolver e testar a tecnologia com amostras de pacientes. A Johns Hopkins Technology Ventures solicitou patentes sobre a propriedade intelectual associada e a equipe está buscando oportunidades de licenciamento e comercialização.

Os autores incluem: Kam Sang (Mark) Kwok, estudante de pós-graduação em Engenharia Química e Biomolecular; Piyush Raj, um estudante de pós-graduação; e Peng Zheng, pós-doutorando em Engenharia Mecânica.

 

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