Sustainable Electrochemical-Magnetic Biosensor Fabricated from Recycled Materials for Label-Free Detection of SARS-CoV-2 in Human Saliva

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Carvalho, Caio Lenon Chaves ; Nascimento, Steffane Q. ; Bertaglia, Thiago ; Faria, Luana C. I. ; Manuli, Erika R. ; Pereira, Geovana M. ; da Silva, Welter Cantanhede ; Costa, Carlos M. ; Maestu, Josu Fernandez ; Lanceros-Mendez, Senentxu ; Oliveira Jr, Osvaldo N. ; Sabino, Ester C. ; Crespilho, Frank N.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ACS SENSORS; v. 10, n. 3, p. 16-pg., 2025-03-14.

Resumo

The COVID-19 pandemic has highlighted the critical need for scalable, rapid, and cost-effective diagnostic solutions, especially in resource-limited settings. In this study, we developed a sustainable magnetic electrochemical biosensor for the mass testing of SARS-CoV-2, emphasizing affordability, environmental impact reduction, and clinical applicability. By leveraging recycled materials from spent batteries and plastics, we achieved a circular economy-based fabrication process with a recyclability rate of 98.5%. The biosensor employs MnFe2O4 nanoparticles functionalized with anti-SARS-CoV-2 antibodies, integrated into a 3D-printed electrochemical device for decentralized testing. Advanced characterization confirmed the biosensor's robust performance, including high sensitivity (LOD: 3.46 pg mL-1) and specificity, with results demonstrating a 95% correlation to RT-PCR gold standard testing. The cost of materials used per biosensor test is only USD 0.2, making it highly affordable and suitable for large-scale production using additive manufacturing. Key features include simple preparation, rapid response, and reusability, making it ideal for point-of-care diagnostics. Beyond COVID-19, this platform's modularity allows for adaptation to other viral diseases, offering a versatile solution to global diagnostic challenges. This work highlights the potential of integrating electrochemical sensing with sustainable practices to address healthcare inequities and reduce environmental impact. (AU)

• Processo FAPESP: 22/09164-5 - Compreendendo os mecanismos de transferência de carga em sistemas biológicos e biomiméticos usando técnicas in-situ e operando: desde a ciência fundamental à aplicação na área energética
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
• Beneficiário: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/03681-2 - Microbaterias orgânicas: utilizando hidrogéis e moléculas redox bioinspirados
• Beneficiário: Thiago Bertaglia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 23/13288-4 - Desenvolvimento de Nanodispositivos Eletroquímicos
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Processo FAPESP: 19/15333-1 - Células híbridas bio-foto-eletroquímicas para conversão de energia solar
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 19/12053-8 - Eletrodos de alto desempenho aplicados em baterias orgânicas e em biocélulas a combustível
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
• Beneficiário: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático