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Jul 13, 2023

Seda

Pesquisadores da Escola de Engenharia Tufts desenvolveram uma maneira de detectar bactérias, toxinas e produtos químicos perigosos no meio ambiente usando um sensor de biopolímero que pode ser impresso como tinta em uma tela ampla.

Pesquisadores da Escola de Engenharia Tufts desenvolveram uma maneira de detectar bactérias, toxinas e produtos químicos perigosos no meio ambiente usando um sensor de biopolímero que pode ser impresso como tinta em uma ampla variedade de materiais, incluindo itens vestíveis, como luvas, máscaras ou itens de uso diário. roupas. Pode até ser incorporado em drones para detectar vestígios de SARS-CoV-2 no ar, ou pode ser modificado para se adaptar a qualquer que seja a próxima ameaça à saúde pública.

O sensor, que é baseado em proteínas projetadas computacionalmente e fibroína de seda extraída dos casulos da mariposa da seda Bombyx Mori, também pode ser incorporado em filmes, esponjas e filtros, ou moldado como plástico para coletar amostras e detectar perigos transportados pelo ar e pela água, ou usado para sinalizar infecções ou até mesmo câncer em nossos corpos.

Esses sensores representam um grande avanço em relação a outras abordagens de medição de patógenos ou produtos químicos no meio ambiente, que muitas vezes dependem de componentes biológicos que se degradam rapidamente e exigem armazenamento cuidadoso. Os sensores também não dependem de componentes eletrônicos que podem ser difíceis de integrar em materiais vestíveis flexíveis.

Para saber mais sobre isso, entrevistei dois dos pesquisadores, Fiorenzo Omenetto, professor de engenharia Frank C. Doble e diretor do Tufts Silklab, e Giusy Matzeu, ex-professor pesquisador do Silklab.

“Nosso método de detecção pode monitorar em tempo real o que está acontecendo no ambiente. Também pode detectar o que pode ocorrer no corpo humano monitorando, de forma não invasiva, fluidos biológicos como saliva ou respiração”, disse Matzeu.

O componente ativo do sensor de biopolímero, desenvolvido por David Baker, Henrietta e Aubrey Davis, professor de bioquímica do Institute for Protein Design da Universidade de Washington, é um interruptor molecular projetado usando técnicas de dinâmica molecular e inteligência artificial. Esses interruptores moleculares foram feitos de proteínas sintéticas que agem como fechadura e chave, em uma gaiola, e são sensíveis a um analito específico.

Quando um vírus, toxina ou outra molécula alvo se aproxima, ele se liga ao interruptor e abre a gaiola. Outra parte do interruptor – uma chave molecular – pode então caber na fechadura, e a combinação forma uma enzima luciferase completa, semelhante à enzima que ilumina vaga-lumes e pirilampos. A intensidade da luminescência aumenta com mudanças na concentração da molécula alvo – o analito.

Na linguagem mais formal de seu artigo publicado na edição de 9 de dezembro de 2022 da Advanced Materials: “Em interruptores de proteína projetados de novo, a função de detecção é fornecida pela sinergia de dois componentes de proteína projetados, o lucCage e o lucKey que podem mudar de um estado escuro fechado para um estado luminescente aberto na presença de um analito. A bioluminescência da luciferase resultante fornece uma leitura rápida, específica e sensível da associação do interruptor lucCage-lucKey acionada pelo analito.”

O interruptor luminoso molecular está incorporado em uma mistura de proteínas de origem natural extraída de casulos de seda, chamada fibroína de seda. A fibroína de seda regenerada (RSF) é o componente inativo do sensor de biopolímero, mas possui características únicas, incluindo a capacidade de ser processada e fabricada usando métodos seguros à base de água, e uma notável versatilidade para ser fabricada em diferentes formatos, como filmes, esponjas e tintas são facilmente transferidos para superfícies por meio de impressoras comerciais. Além disso, a fibroína da seda estabiliza a troca molecular e prolonga muito sua vida útil.

Testes de envelhecimento acelerado foram realizados em esponjas e filmes sensores armazenados a 60 °C (140 °F) por quatro meses e sua capacidade de resposta foi analisada após intervalos de tempo específicos. Durante o período de quatro meses, o desempenho de detecção desses formatos (tanto sensibilidade quanto faixa dinâmica) foi preservado. Além disso, a estabilidade das esponjas após armazenamento durante um ano à temperatura ambiente foi testada e verificou-se que ainda respondiam.