Chips eletroquímicos verticais em malha ultradensos para diagnósticos multiplexados a partir de uma única resposta

Resumo

Este projeto visa obter biossensores eletroquímicos label-free (BELFs) com potencial para auxiliar o diagnóstico rápido e acessível de doenças na prática clínica, seja em laboratórios, hospitais, ou no ponto de necessidade. Para atender a esse objetivo, planejamos a construção de dispositivos que satisfaçam dois requisitos fundamentais: (i) aplicabilidade no mundo real a um custo acessível e (ii) alta capacidade de testagem. Para isso, serão utilizados os métodos de microfabricação e a engenharia de filmes finos verticais, serão fabricados chips ultradensos de forma a combinar reprodutibilidade, compatibilidade de fabricação em larga escala e alta resolução (capacidade de gerar desde macro a microeletrodos) com baixo custo. Explorando o design único dos chips, realizaremos de maneira pioneira, a implementação de análises multiplexadas de resposta única (single-response multiplexing, SERM) em BELFs. Essas análises podem ser realizadas a partir de um único scan de voltametria de onda quadrada (square wave voltammetry, SWV), permitindo o uso de um potenciostato portátil de canal único. Com uma vantagem adicional, esses sistemas são baseados no isolamento espacial das amostras em regiões distintas dos eletrodos de trabalho (working electrodes, WEs), o que possibilita a modificação individual dos WEs e evita interferência entre as sondas redox (usadas para geração das respostas eletroquímicas). Cada sensor baseia-se em apenas dois eletrodos que consistem em filmes finos de Au verticais em uma malha tridimensional separados por um dielétrico, o fotorresiste negativo SU-8. Essa configuração visa a obtenção de chips ultradensos, com dezenas de sensores por wafer (vidro), proporcionando uma redução significativa no custo final dos sensores. A capacidade de realizar análises SERM será alcançada por meio de duas estratégias principais: (i) o uso de diferentes sondas redox (método multiplex) e (ii) o uso pioneiro de eletrodos de quase-referência (quase-reference electrode, QRE) constituídos de materiais distintos ao longo de uma mesma medida de SWV (método duplex). O método multiplex permite o monitoramento de até 3 amostras através da utilização de diferentes sondas redox, quais sejam, hexacianoferrato de potássio [Fe(CN)6]3-/4-, ferrocenometanol (FcMeOH) e hexaaminorutênio [Ru(NH3)6]3+, originando picos de corrente em diferentes potenciais. Em relação ao método duplex, esse viabiliza a análise de 2 amostras usando apenas a sonda [Fe(CN)6]3-/4-. Isso se torna possível graças ao uso de QREs constituídos de materiais com funções trabalho distintas, Au e Ag/AgCl. Assim, podem ser obtidos picos de corrente em potenciais específicos relacionados à cada QRE. Essas estratégias de multiplexação possibilitarão a obtenção do diagnóstico de múltiplas amostras em uma única análise de SWV, contribuindo para o aumento de throughput (capacidade de testagem). Como prova de conceito, realizaremos bioensaios utilizando um peptídeo como elemento de reconhecimento de anticorpos IgG da COVID-19, tanto de amostras padrão quanto de amostras reais de soro.