Biossensores: Funcionamento, Tipos e Inovações

Biossensores: funcionamento, tipos e inovações. Se você necessitar, ativa as legendas desse vídeo na barra inferior à direita da tela. Como vimos no último vídeo, os biossensores são dispositivos capazes de realizar leituras e medições de forma rápida e prática, utilizando algum componente biológico, como enzimas, anticorpos, células, tecidos, entre outros.

No geral, eles são compostos por três componentes: um biorreceptor, um transdutor e um detector. O biorreceptor é o suporte onde ocorre a interação e a reação físico-química com o analito. São feitos de materiais como silica, platina, ouro e contém estruturas fixadas, como anticorpos, antígenos, enzimas, entre outros.

Ah! Antígeno é uma partícula de um vírus ou bactéria que ativa o sistema imunológico. Já o transdutor é um componente capaz de detectar os sinais físicos ou químicos liberados dessa reação, que podem ser modificação de pH, variação de massa, transferência de calor ou de elétrons, liberação de gases ou íons.

A terceira parte do biossensor é o detector. Esse componente amplifica e analisa os sinais obtidos no transdutor, podendo ser um dispositivo eletrônico ou apenas uma fita sensível que adquire ou muda de cor. Um biossensor pode ser classificado segundo o tipo de analito a ser identificado ou segundo o seu funcionamento.

Nesse vídeo, vamos apresentar os tipos de biossensores mais comuns segundo sua forma de funcionamento. O primeiro e mais comum é o biossensor eletroquímico. Os dispositivos que seguem essa linha fornecem a informação desejada baseada na geração ou consumo de elétrons a partir da interação entre o analito e o reconhecedor biológico, que resulta em um sinal eletroquímico detectado.

Dentre os biossensores eletroquímicos, temos três tipos de transdutores: os potenciométricos, os amperométricos e o condutimétricos. Os transdutores potenciométricos medem o potencial do eletrodo de trabalho em relação ao eletrodo de referência, ou seja, são baseados na medida da diferença de potencial de uma célula eletroquímica. Um dos biossensores mais conhecidos utiliza esse método é o pHmetro que possui um eletrodo conectado a um potenciômetro e possibilita a conversão do valor de potencial do eletrodo em unidades de pH.

Já os transdutores amperométricos medem o fluxo de corrente gerada pelo ganho ou perda de elétrons de moléculas com carga positiva ou negativa, sendo que o fluxo medido é proporcional à concentração do composto de interesse. Um dos biossensores amperométricos mais conhecidos é o glicosímetro, onde a glicose do sangue é oxidada por enzimas presentes na fita, liberando elétrons que, por sua vez, são captados pelo transdutor e convertidos em uma unidade de medida. Por último, o transdutor condutimétrico se fundamenta na habilidade do analito em conduzir corrente, ou seja, são medidas as alterações da condução elétrica provocada pela variação das concentrações das espécies iônicas em solução.

Um exemplo desse modelo é o biossensor de ureia, que utiliza uma enzima chamada urease, capaz de acelerar a hidrólise da ureia. Nesse processo, são liberadas moléculas de carga positiva que são captadas pelo transdutor e transformadas em uma unidade de medida pelo detector. Outra classificação de biossensores são os ópticos, baseados nas modificações de propriedades da luz, como absorção, comprimento de onda, índice de refração, luminescência e refletividade.

um exemplo é oxímetro de pulso. Neste caso, o biossensor mede a diferença da quantidade de luz absorvida pelo sangue que corre nas artérias. Já os biossensores piezoelétricos são formados por um material oscilante, normalmente o cristal de quartzo, que identifica as alterações de massa ou viscosidade a partir de ondas acústicas.

Essas alterações são mensurados por um frequencímetro. Um exemplo é o teste rápido de dengue. Neste caso, o cristal de quartzo, ao detectar a presença do antígeno NS1 em amostras de sangue, tem sua frequência alterada, o que modifica o sinal elétrico captado pelo detector.

No caso dos biossensores termométricos, esses por sua vez medem a variação de temperatura antes e depois da reação no biorreceptor. São compostos por enzimas que, em contato com o analito, desencadeiam reações que produzem ou absorvem calor, e essa alteração é detectada por um sensor termossensível no transdutor. Um exemplo são os biossensores usados na identificação de algumas pesticidas, cujas as reações produzem calor.

E por último, os biossensores magnéticos, esse tipo de biossensor utiliza microesferas magnéticas que atraem os anticorpos ou cadeias de DNA, aproveitando-se das propriedades magnéticas desses componentes biológicos. Durante a ligação desses analitos às microesferas, ocorrem mudanças no campo magnético do transdutor. Tais mudanças são então reconhecidas e transformadas em um sinal legível para o analista.

Alguns desses transdutores têm sido desenvolvidos para detecção de bactérias, vírus, identificação de mutações genéticas ou detecção de certas enzimas características de doenças específicas. Em relação às suas propriedades, os biossensores devem ser altamente específicos e suas respostas devem ser sensíveis a diferentes concentrações de analito. Além disso, o aparelho deve ser pequeno e prático.

O custo da tecnologia deve ser baixo, menor que o custo do teste convencional, e de fácil uso. E o ensaio deve ser rápido, confiável e reprodutível, ou seja, deve fornecer resultados semelhantes quando são feitas sucessivas medições em uma mesma amostra. Você sabia que vários estudos exploram aplicações inovadoras de biossensores em doenças?

Como por exemplo, o teste rápido para Zika Vírus, que por meio de um biossensor eletroquímico que utiliza um chip descartável, é capaz de identificar a presença do material genético do vírus em amostras de sangue. Outra inovação interessante é o estudo e desenvolvimento de um biossensor eletroquímico de DNA, que permite a determinação de traços genéticos de anemia falciforme. Isso facilitaria muito o aconselhamento genético de casais com traços falciformes, não acha?

Outro biossensor tem sido desenvolvido, capaz de diagnosticar o câncer de pâncreas a partir da identificação da proteínas CA 19-9 no sangue de pacientes doentes. Atualmente, não há métodos de detecção precoce do câncer de pâncreas, que possui alta taxa de mortalidade. Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos desenvolveram um biossensor com platina capaz de diagnosticar precocemente a doença de Parkinson, através da quantificação da proteína DJ1 alterada.

Embora a tecnologia dos biossensores tenha avançado muito nos últimos anos, alguns desafios ainda estão pela frente. O primeiro deles é reduzir os custos de produção, para que os dispositivos sejam acessíveis à população. O segundo seria o desenvolvimento de dispositivos que permitam medições ao longo do tempo sem a interferência de variabilidade entre os sensores.

Além disso, têm se entregado intensos estudos, a fim de se desenvolver e biossensores capazes de identificar diversos analitos de uma única vez. Se você gostou desse, vídeo deixe seu like e coloque aqui nos comentários que outras inovações tecnológicas você conhece para os biossensores, e novas ideias de como aplicá-los no dia a dia. Obrigada e até a próxima!