Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico

• Processo: 18/22214-6
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Vigência: 01 de março de 2020 - 28 de fevereiro de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Beneficiário: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Instituição-sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Carlos José Leopoldo Constantino ; Daniel Souza Corrêa ; Debora Goncalves ; Frank Nelson Crespilho ; Luiz Henrique Capparelli Mattoso ; Maria Cristina Ferreira de Oliveira ; Odemir Martinez Bruno
• Pesq. associados: Daniel Souza Corrêa ; Debora Terezia Balogh ; Frank Nelson Crespilho ; Giovana Rampazzo Teixeira ; Luciano Caseli ; Matias Eliseo Melendez ; Pedro Henrique Benites Aoki ; Priscila Alessio Constantino ; Vinicius de Lima Vazquez
• Auxílios(s) vinculado(s): 20/12404-2 - EMU concedido no processo 2018/22214-6, STM-in situ com Eletroquímica, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/02746-6 - Espalhamento Raman Amplificado em Superfície (SERS): Detecção de Agrotóxicos e Mecanismos de Adsorção, BP.IC; 20/15854-9 - Modulando reações fotoquímicas em monocamadas lipídicas de Escherichia coli com mecanismos de inserção dos fotossensibilizadores eosina decil éster e azul de toluidina-O, BP.MS; 20/15098-0 - Bioeletrossíntese de Compostos com Valor Agregado a partir do Nitrogênio e Dióxido de Carbono Atmosféricos, BP.DR; + mais bolsas vinculadas 20/04796-8 - Estudos in situ e operando de metaloenzimas para conversão de energia e bioeletrossíntese de combustíveis, BP.PD; 19/22799-7 - Explorando o potencial de nanopartículas de biopolímeros com extratos de frutas para controle de patógenos alimentares, BP.PD; 20/12129-1 - Imunoensaio para diagnóstico da COVID-19 usando espectroscopia de espalhamento Raman amplificado em superfície (SERS), BP.PD; 20/16269-2 - Desenvolvimento de sensores baseados em substrato flexível para detecção de pesticidas via SERS., BP.PD; 20/14946-7 - Desenvolvimento de nanofibras híbridas eletrofiadas para aplicações em sensores visando detecção de contaminantes em amostras reais, BP.PD; 20/10724-0 - Dinâmica de biomoléculas em superfícies sólidas utilizando espectromicroscopia, BP.IC; 20/10752-3 - Espalhamento Raman Amplificado em Superfície (SERS) aplicado à detecção de pesticida, BP.IC; 20/10946-2 - Vesículas unilamelares gigantes como modelos de membrana para análise de interação com pesticidas, BP.IC; 20/02938-0 - Padrões coloridos baseados em cristais fotônicos bioinspirados para aplicações mecanocromáticas, BP.PD; 19/13514-9 - Sensores eletroquímicos com matriz contendo pontos quânticos ou nanofitas de grafeno para detecção de biomarcadores, BP.PD; 17/21791-7 - Desenvolvimento de biossensores eletroquímicos e colorimétricos para a detecção de micotoxinas, BP.PD; 18/18953-8 - Filmes Nanoestruturados Aplicados em Biossensores Microfluídicos para Detecção de Mastite Bacteriana, BP.PD; 18/14692-5 - Terapia fototérmica mediada por nanopartículas de ouro: de sistemas modelos de biomembranas ao cultivo in vitro de células tumorais, BP.PD; 17/15019-0 - Combinação das técnicas de microscopia de fluorescência confocal e espalhamento micro-Raman amplificado em superfície (SERS): interação, detecção e quantificação de moléculas de interesse em sistemas biomiméticos., BP.PD; 17/20973-4 - Nanofibras eletrofiadas coaxiais à base de quitosana para a liberação controlada de antibióticos e aplicações no tratamento de lesões periodontais, BP.PD; 17/18725-2 - Nanofibras híbridas com estruturas núcleo-casca e Janus obtidas por fiação por sopro em solução, BP.PD; 16/23793-4 - Desenvolvimento de sensores nanoestruturados visando a detecção de compostos voláteis indicadores da qualidade de alimentos, BP.PD; 16/01919-6 - Design e fabricação de dispositivos flexíveis nanoestruturados para detecção de biomarcadores, BP.PD; 14/23546-1 - Sensores sensíveis e seletivos fabricados com nanofios de óxido de Ni e Zn, BP.PD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Diagnóstico de câncer Diagnóstico precoce Visualização de informação Microfluídica Técnicas biossensoriais Nanofilmes Filmes finos Aprendizado computacional

Resumo

Grandes desafios, como a fabricação de dispositivos sensores para diagnóstico precoce de câncer e detecção de contaminação de alimentos / água, só podem ser abordados com esforços conjuntos em pesquisas multidisciplinares. Problemas selecionados dentro dos desafios acima serão abordados neste projeto por uma equipe multiinstitucional de físicos, químicos, engenheiros, médicos e cientistas da computação, com dois tópicos unificadores: fabricação e caracterização de filmes nanoestruturados, particularmente aqueles de interesse biológico, e dados avançados. métodos de análise. Mais especificamente, vários tipos de filmes nanoestruturados serão empregados em sensoriamento e biosensing. Um dos principais objetivos em tais estudos é alcançar a compreensão em nível molecular dos mecanismos responsáveis pelas características sensoriais, incluindo efeitos de interface para projetar baterias orgânicas para fornecer energia em biossensores implantáveis. Este tipo de pesquisa básica é essencial para o design de novos materiais e ferramentas para diagnóstico e terapia. As aplicações pretendidas para os dispositivos também são diversas, concentrando-se principalmente no diagnóstico precoce do câncer, na detecção de contaminação de alimentos e água e no monitoramento do meio ambiente. Especial ênfase será colocada na fabricação de dispositivos de baixo custo, não apenas com novos materiais, mas também explorando metodologias como a microfluídica, em uma tentativa de produzir tecnologia que deve ser passível de transferência, por ex. para testes em um hospital de câncer. As enormes quantidades de dados gerados com sensores, biosensores e imagens serão processados com métodos estatísticos e computacionais, incluindo visualização de informação e aprendizado de máquina. Isso representará um passo em direção ao diagnóstico assistido por computador, através do qual dados de naturezas distintas são analisados dentro de uma estrutura comum. (AU)

Publicações científicas

(29)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CESPEDES, GRAZIELY F.; NOBRE, THATYANE M.; OLIVEIRA, OSVALDO N.; BONG, DENNIS; CILLI, EDUARDO M. On the role of surrounding regions in the fusion peptide in dengue virus infection. VIROLOGY, v. 557, p. 62-69, MAY 2021. Citações Web of Science: 0.

RODRIGUES, RAUL T.; JR., JOSE R. SIQUEIRA; CASELI, LUCIANO. Structural and viscoelastic properties of floating monolayers of a pectinolytic enzyme and their influence on the catalytic properties. Journal of Colloid and Interface Science, v. 589, p. 568-577, MAY 2021. Citações Web of Science: 0.

HASSAN, AYAZ; MACEDO, LUCYANO J. A.; MATTIOLI, ISABELA A.; RUBIRA, RAFAEL J. G.; CONSTANTINO, CARLOS J. L.; AMORIM, RODRIGO G.; LIMA, FILIPE C. D. A.; CRESPILHO, FRANK N. A three component-based van der Waals surface vertically designed for biomolecular recognition enhancement. Electrochimica Acta, v. 376, APR 20 2021. Citações Web of Science: 0.

SILVA, SILESIA F. C.; ZANATTA, BRUNO S.; RABELO, ADRIANO C.; BOTTECCHIA, OTAVIO L.; TOZONI, JOSE R.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; MARLETTA, ALEXANDRE. Flexible and Transparent Electrodes of Cu2-XSe with Charge Transport via Direct Tunneling Effect. ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS, APR 2021. Citações Web of Science: 0.

RAYMUNDO-PEREIRA, PAULO A.; GOMES, NATHALIA O.; SHIMIZU, FLAVIO M.; MACHADO, SERGIO A. S.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N. Selective and sensitive multiplexed detection of pesticides in food samples using wearable, flexible glove-embedded non-enzymatic sensors. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, v. 408, MAR 15 2021. Citações Web of Science: 0.

MATTIOLI, ISABELA A.; HASSAN, AYAZ; SANCHES, NATALIA M.; VIEIRA, NIRTON C. S.; CRESPILHO, FRANK N. Highly sensitive interfaces of graphene electrical-electrochemical vertical devices for on drop atto-molar DNA detection. BIOSENSORS & BIOELECTRONICS, v. 175, MAR 1 2021. Citações Web of Science: 0.

ROCHA NETO, J. B. M.; LIMA, G. G.; FIAMINGO, A.; GERMINIANI, L. G. L.; TAKETA, T. B.; BATAGLIOLI, R. A.; DA SILVEIRA, G. A. T.; DA SILVA, J. V. L.; CAMPANA-FILHO, S. P.; OLIVEIRA JR, O. N.; BEPPU, M. M. Controlling antimicrobial activity and drug loading capacity of chitosan-based layer-by-layer films. International Journal of Biological Macromolecules, v. 172, p. 154-161, MAR 1 2021. Citações Web of Science: 1.

PAZIN, WALLANCE MOREIRA; MARQUES RUIZ, GILIA CRISTINE; DOS SANTOS, MARCELO JOSE; BENITES AOKI, PEDRO HENRIQUE; ITO, AMANDO SIUITI; LEOPOLDO CONSTANTINO, CARLOS JOSE. The protective effect of Artepillin C against lipid oxidation on model membranes. JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS, v. 324, FEB 15 2021. Citações Web of Science: 0.

CARVALHO, WILLIAM O. F.; MONCADA-VILLA, E.; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; MEJIA-SALAZAR, J. R. Beyond plasmonic enhancement of the transverse magneto-optical Kerr effect with low-loss high-refractive-index nanostructures. Physical Review B, v. 103, n. 7 FEB 9 2021. Citações Web of Science: 0.

MARTINS, THIAGO S.; BOTT-NETO, JOSE L.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; MACHADO, SERGIO A. S. Paper-based electrochemical sensors with reduced graphene nanoribbons for simultaneous detection of sulfamethoxazole and trimethoprim in water samples. JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, v. 882, FEB 1 2021. Citações Web of Science: 0.

PAROLIN, GIOVANA A.; GONCALVES, GIULIA E. G.; COSTA-SILVA, THAIS A.; TEMPONE, ANDRE G.; CASELI, LUCIANO; LAGO, JOAO HENRIQUE G.; PERES, LAURA O. Evaluation of the effects in cellular membrane models of antitrypanosomal poly-thymolformaldehyde (PTF) using Langmuir monolayers. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOMEMBRANES, v. 1863, n. 2 FEB 1 2021. Citações Web of Science: 0.

RODRIGUES, VALQUIRIA C.; SOARES, JULIANA C.; SOARES, ANDREY C.; BRAZ, DANIEL C.; MELENDEZ, MATIAS ELISEO; RIBAS, LUCAS C.; SCABINI, LEONARDO F. S.; BRUNO, ODEMIR M.; CARVALHO, ANDRE LOPES; REIS, RUI MANUEL; SANFELICE, RAFAELA C.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N. Electrochemical and optical detection and machine learning applied to images of genosensors for diagnosis of prostate cancer with the biomarker PCA3. Talanta, v. 222, JAN 15 2021. Citações Web of Science: 0.

RAYMUNDO-PEREIRA, PAULO A.; PEDRO, RAFAEL DE OLIVEIRA; CARR, OLIVIA; MELENDEZ, MATIAS E.; GOBBI, ANGELO L.; PIAZZETTA, MARIA HELENA DE OLIVEIRA; CARVALHO, ANDRE L.; REIS, RUI M.; MIRANDA, PAULO B.; OLIVEIRA JR, OSVALDO N. Influence of the Molecular Orientation and Ionization of Self-Assembled Monolayers in Biosensors: Application to Genosensors of Prostate Cancer Antigen 3. Journal of Physical Chemistry C, v. 125, n. 1, p. 498-506, JAN 14 2021. Citações Web of Science: 0.

MATTIOLI, ISABELA A.; HASSAN, AYAZ; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; CRESPILHO, FRANK N. On the Challenges for the Diagnosis of SARS-CoV-2 Based on a Review of Current Methodologies. ACS SENSORS, v. 5, n. 12, p. 3655-3677, DEC 24 2020. Citações Web of Science: 1.

LEITE, LILIANE S. F.; BILATTO, STANLEY; PASCHOALIN, RAFAELLA T.; SOARES, ANDREY C.; MOREIRA, V, FRANCYS K.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; MATTOSO, LUIZ H. C.; BRAS, JULIEN. Eco-friendly gelatin films with rosin-grafted cellulose nanocrystals for antimicrobial packaging. International Journal of Biological Macromolecules, v. 165, n. B, p. 2974-2983, DEC 15 2020. Citações Web of Science: 1.

LOPEZ-MEDINA, J.; CARVALHO, WILLIAM O. F.; VAZQUEZ-ARCE, J.; MONCADA-VILLA, E.; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; FARIAS, M. H.; TIZNADO, H.; MEJIA-SALAZAR, J. R. Refractive index of ZnO ultrathin films alternated with Al(2)O(3)in multilayer heterostructures. Nanotechnology, v. 31, n. 50 DEC 11 2020. Citações Web of Science: 0.

LUCAS, FRANCELLY E.; MARIETTA, ALEXANDRE; NOBUYASU, ROBERTO S.; DE ARAUJO, JOAO V. G.; DE SOUZA, GABRIEL A.; LOPES, RAFAEL; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; ALLIPRANDINI FILHO, PAULO. Unraveling the Morphology and Macroscopic Alignment of Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) for Enhanced Polarized Emission. ACS APPLIED POLYMER MATERIALS, v. 2, n. 12, p. 5406-5413, DEC 11 2020. Citações Web of Science: 0.

RAYMUNDO-PEREIRA, PAULO A.; SILVA, TIAGO A.; CAETANO, FABIO R.; RIBOVSKI, LAIS; ZAPP, EDUARDO; BRONDANI, DANIELA; BERGAMINI, MARCIO F.; MARCOLINO, JR., LUIZ H.; BANKS, CRAIG E.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; JANEGITZ, BRUNO C.; FATIBELLO-FILHO, ORLANDO. Polyphenol oxidase-based electrochemical biosensors: A review. Analytica Chimica Acta, v. 1139, p. 198-221, DEC 1 2020. Citações Web of Science: 2.

DE SOUZA, JOAO C. P.; MACEDO, LUCYANO J. A.; HASSAN, AYAZ; SEDENHO, GRAZIELA C.; MODENEZ, IAGO A.; CRESPILHO, FRANK N. In Situ and Operando Techniques for Investigating Electron Transfer in Biological Systems. CHEMELECTROCHEM, v. 8, n. 3 DEC 2020. Citações Web of Science: 0.

MATERON, ELSA M.; NASCIMENTO, GUSTAVO F.; SHIMIZU, FLAVIO M.; CAMARA, AMANDA S.; SANDRINO, BIANCA; FARIA, RONALDO C.; OLIVEIRA JR, OSVALDO N. y Role of sphingomyelin on the interaction of the anticancer drug gemcitabine hydrochloride with cell membrane models. COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES, v. 196, DEC 2020. Citações Web of Science: 0.

SA, ACELINO C. DE; BARBOSA, SIMONE C.; RAYMUNDO-PEREIRA, PAULO A.; WILSON, DEIVY; SHIMIZU, FLAVIO M.; RAPOSO, MARIA; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N. Flexible Carbon Electrodes for Electrochemical Detection of Bisphenol-A, Hydroquinone and Catechol in Water Samples. CHEMOSENSORS, v. 8, n. 4 DEC 2020. Citações Web of Science: 1.

SOARES, JULIANA COATRINI; MELENDEZ, MATIAS ELISEO; SOARES, ANDREY COATRINI; ARANTES, LIDIA MARIA REBOLHO BATISTA; RODRIGUES, VALQUIRIA DA CRUZ; CARVALHO, ANDRE LOPES; REIS, RUI MANUEL; MATTOSO, LUIZ HENRIQUE C.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N. Detection of HPV16 in cell lines deriving from cervical and head and neck cancer using a genosensor made with a DNA probe on a layer-by-layer matrix. MATERIALS CHEMISTRY FRONTIERS, v. 4, n. 11, p. 3258-3266, NOV 1 2020. Citações Web of Science: 0.

MONCADA-VILLA, E.; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; MEJIA-SALAZAR, J. R. Uniaxial epsilon-near-zero metamaterials for giant enhancement of the transverse magneto-optical Kerr effect. Physical Review B, v. 102, n. 16 OCT 6 2020. Citações Web of Science: 0.

PICIN, ODAIR J.; GOMEZ, FAUSTINO REYES; REYES-GOMEZ, ERNESTO; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; RICARDO MEJIA-SALAZAR, J. Quasiperiodic Dielectric Gratings for Multiband Fiber-To-Chip Couplers. IEEE Photonics Journal, v. 12, n. 5 OCT 2020. Citações Web of Science: 0.

SOARES, ANDREY COATRINI; SOARES, JULIANA COATRINI; RODRIGUES, VALQUIRIA CRUZ; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; CAPPARELLI MATTOSO, LUIZ HENRIQUE. Controlled molecular architectures in microfluidic immunosensors for detecting Staphylococcus aureus. ANALYST, v. 145, n. 18, p. 6014-6023, SEP 21 2020. Citações Web of Science: 1.

HASSAN, AYAZ; MACEDO, LUCYANO J. A.; CRESPILHO, FRANK N. Recognizing conductive islands in polymeric redox surfaces using electrochemical-coupled vibrational spectromicroscopy. CHEMICAL COMMUNICATIONS, v. 56, n. 71, p. 10309-10312, SEP 14 2020. Citações Web of Science: 0.

MOREIRA, LUCAS G.; ALMEIDA JR, ALEXANDRE M.; CAMACHO, SABRINA A.; ESTEVAO, BIANCA M.; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; AOKI, PEDRO H. B. Chain Cleavage of Bioinspired Bacterial Membranes Photoinduced by Eosin Decyl Ester. Langmuir, v. 36, n. 32, p. 9578-9585, AUG 18 2020. Citações Web of Science: 0.

MAIA ROCHA NETO, JOAO BATISTA; SOARES, ANDREY COATRINI; BATAGLIOLI, ROGERIO APARECIDO; CARR, OLIVIA; RODRIGUES COSTA, CARLOS ALBERTO; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; BEPPU, MARISA MASUMI; CARVALHO, HERNANDES F. Polysaccharide Multilayer Films in Sensors for Detecting Prostate Tumor Cells Based on Hyaluronan-CD44 Interactions. CELLS, v. 9, n. 6 JUN 2020. Citações Web of Science: 0.

ISABELA A. MATTIOLI; FRANK N. CRESPILHO. Problems of Interpreting Diagnostic Tests for SARS-CoV-2: Analytical Chemistry Concerns. Anais da Academia Brasileira de Ciências, v. 92, n. 4, p. -, 2020. Citações Web of Science: 0.