Análise de estados capacitivos quânticos como mecanismo de amplificação de sinal em biossensores e sua aplicação em chips eletroquímicos microfluídicos para o diagnóstico de Monkeypox

• Processo: 24/10062-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
• Pesquisador responsável: Renato Sousa Lima
• Beneficiário: Juliana Naomi Yamauti Costa
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 23/00246-1 - Dispositivos miniaturizados visando à produção em larga escala: fabricação, caracterização e aplicações in-situ, AP.TEM
• Assunto(s): Doenças transmissíveis Microfabricação Sensibilidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: capacitância quântica | Doenças Infecciosas | Microfabricação | point-of-care | sensibilidade | Biossensor eletroquímico

Resumo

Este projeto visa obter biossensores eletroquímicos label-free (BELFs) com potencial para auxiliar o diagnóstico acessível, rápido, quantitativo e acurado infecções geradas por Monkeypox (MPX) na prática clínica, seja em laboratórios, hospitais, ou no ponto de necessidade. Para isso, propomos o desenvolvimento de biossensores quânticos do tipo reagentless em uma nova configuração de chips eletroquímicos ultradensos microfluídicos que possam atender três requisitos: (i) aplicabilidade na prática clínica a um baixo custo, (ii) alta capacidade de testagem (throughput) e (iii) capacidade de gerar análises quantitativas altamente acuradas em fluidos biológicos.Tendo como foco gerar BELFs ultrassensíveis, serão desenvolvidos em nossos chips biossensores baseados em mecanismos da eletroquímica quântica. Essa abordagem envolve a aplicação de monocamadas automontadas eletroativas (e-SAMs) covalentemente ancoradas aos eletrodos de Au. A e-SAM é composta por uma sonda redox (Fc) ancorada a um peptídeo, o qual será usado também para funcionalização do eletrodo com biorreceptores dos vírus da MPX (MPXV). Anticorpos monoclonais serão utilizados para o reconhecimento de proteínas A29 (biomarcadores) desses vírus. Em termos do princípio de detecção, quando uma molécula alvo se liga ao biorreceptor, ocorre um novo equilíbrio redox na estrutura molecular, resultando em mudanças na ocupação eletrônica que podem ser detectadas mediante o monitoramento da capacitância quântica (Cq). Esse sinal permite acessar informações sobre os estados quânticos do sistema molecular, amplificando o sinal analítico significativamente. Com a aplicação desse mecanismo quântico, espera-se alcançar limites de detecção na faixa de pico a atomolar. Os biossensores quânticos reagentless vêm sendo largamente estudados pelo grupo do Prof. Dr. Paulo Bueno (UNESP), que lista como coorientador da candidata. Como vantagens, eles eliminam o uso de (i) elementos de reconhecimento secundários e de (ii) moléculas marcadoras (como tags fluorescentes), bem como (iii) a adição de uma solução externa contendo a sonda redox. Assim, são candidatos atrativos para diagnósticos point-of-care. Para validação do método desenvolvido neste projeto, serão utilizadas amostras reais comerciais de soro e saliva para testes em meios complexos e amostras clínicas disponíveis no Instituto Adolfo Lutz, adquiridas após submissão do projeto à Plataforma Brasil e aprovação do Comitê de Ética. As amostras serão quantificadas pela técnica padrão ouro reação quantitativa em cadeia da polimerase em tempo real (real time quantitative polimerase chain reaction, qPCR), e os resultados serão comparados ao obtido pelo biossensor aqui desenvolvido. Deve-se ressaltar que este projeto vai além de estudos incrementais relacionados ao avanço da maturidade tecnológica da plataforma desenvolvida durante o mestrado da aluna. A implementação do biossensor quântico nos nossos chips irá envolver desafios fundamentais, como a evaporação do meio (não aquoso) que é utilizado para essas medidas, os efeitos inerentes ao uso de um sistema de apenas dois eletrodos, a funcionalização de superfície de ambos os eletrodos e os efeitos de superfície dos filmes finos. Esses fatores podem afetar decisivamente a reprodutibilidade. Dessa forma, além do desenvolvimento de um método promissor para o diagnóstico de infecções geradas pelo MPXV, uma outra contribuição deste projeto de doutorado é a proposição de soluções a esses desafios, as quais nos permitirá adaptar a arquitetura de biossensoriamento quântico em nossos chips. Esse sistema representará uma plataforma potencial para o diagnóstico de outras doenças por possibilitar análises acessíveis, rápidas e acuradas de demais biomarcadores.