Pesquisadores brasileiros criam sensor óptico para detecção de glicose

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Um sensor óptico para detecção de glicose foi criado por pesquisadores brasileiros em um estudo coordenado por Bruno Manzolli Rodrigues, professor da Universidade Brasil, campus São Paulo. O dispositivo poderá ser usado, no futuro, para monitorar o nível de glicose em portadores de doenças como diabetes, por exemplo.

O estudo foi desenvolvido no âmbito de um projeto apoiado pela FAPESP. Artigo a respeito foi publicado no periódico Materials Today: Proceedings.

“O sensor foi desenvolvido a partir de uma plataforma de nanofibras de PVA (poli [álcool vinílico]) com pontos quânticos de grafeno. O sistema de preparação foi totalmente amigável do ponto de vista ambiental e o resultado mostrou-se muito robusto e de baixo custo”, disse Rodrigues à Agência FAPESP.

“O PVA é um polímero sintético solúvel em água, não tóxico e biodegradável. E os pontos quânticos de grafeno foram preparados usando como precursor o ácido cítrico, um componente de ocorrência natural em frutas”, contou o pesquisador.

Para produzir as nanofibras de PVA, foi usada a técnica de eletrofiação, bem conhecida atualmente. O procedimento é relativamente simples. O polímero em solução é colocado em uma seringa acoplada a uma agulha metálica. Aplica-se então uma diferença de potencial muito alta, da ordem de 10 mil a 30 mil volts. Quando o campo elétrico atinge um valor crítico, a força de repulsão eletroestática supera a tensão superficial e um jato da solução em forma de fio é ejetado pela agulha rumo a um coletor eletricamente aterrado. No percurso, o solvente evapora, deixando apenas as fibras poliméricas carregadas.

Para produzir os pontos quânticos, os pesquisadores carbonizaram moléculas de ácido cítrico, gerando nanopartículas de grafeno estabilizadas em solução aquosa. A otimização da preparação de materiais híbridos de PVA e grafeno já havia sido noticiada em um artigo anterior de Rodrigues e colaboradores, publicado na revista Materials Chemistry and Physics.

O pesquisador explicou que, pelo fato de serem muito pequenas, da ordem de 2 a 5 nanômetros, essas nanopartículas apresentam excelentes propriedades ópticas e eletrônicas, que são resultantes de confinamentos quânticos e efeitos de fronteira.

“Por ser nanofibroso, o material apresenta uma área superficial muito grande, que lhe possibilita imobilizar enzimas em sua superfície. No caso, a enzima de interesse é a glucoseoxidase, bastante seletiva para moléculas de glicose. Uma vez que a enzima esteja imobilizada no material, este, em solução, passa a reagir com moléculas de glicose. E o produto liberado pela reação da enzima com a glicose é o peróxido de hidrogênio [H2O2], que penetra nos poros das nanofibras e suprime a fluorescência dos pontos quânticos”, explicou Rodrigues.

Assim, quanto mais glicose, mais peróxido e menos fluorescência. De modo que se torna possível construir uma escala quantitativa, correlacionando inversamente fluorescência e concentração de glicose. “De 1 a 10 micromols, a correlação glicose-fluorescência mostrou-se linear. E o material foi muito efetivo para detectá-la. O limite de detecção foi de 12 micromols”, disse o pesquisador.

Mol é a unidade do Sistema Internacional para quantidade de substância. Um mol contém exatamente 6,02214076 × 1023 entidades elementares (moléculas ou íons ou átomos ou partículas subatômicas), sendo este número a constante de Avogadro.

Como a resposta da fluorescência à concentração de glicose é linear, o material presta-se muito bem para aplicação como sensor na vida real. “Além da solução usada, queremos agora testar o dispositivo para outros materiais, como sangue e urina”, disse Rodrigues.

O artigo Glucose sensing via a green and low-cost platform from electrospun poly (vinyl alcohol)/graphene quantum dots fibers pode ser acessado em www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785319300434?via%3Dihub.

Dispositivo foi desenvolvido por grupo da Universidade Brasil com materiais atóxicos, biodegradáveis e de baixo custo; objetivo é usá-lo no monitoramento do nível glicêmico em portadores de doenças como diabetes (ilustração do mecanismo de captação de glicose pelas células em indivíduos saudáveis (à esquerda) e em pessoas com diabetes do tipo 2 (à direita); imagem: Manu5 / Wikimedia Commons)