Investigadores dos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais e da ETH Zurich liderados pelo investigador Jing Wang desenvolveram um sensor para detetar de forma rápida e confiável o SARS-CoV-2 no ar ambiente.
O trabalho de investigação é anterior ao surto do novo coronavírus, pois os investigadores já estavam a desenvolver sensores para detetar bactérias e vírus no ar, a partir de janeiro de 2020 os investigadores focaram o desenvolvimento do sensor para identificar com segurança o novo coronavírus.
Os investigadores indicam que o sensor não substitui os testes laboratoriais estabelecidos, mas pode ser usado como um método alternativo para o diagnóstico clínico e, com maior destaque, para medir a concentração do vírus no ar em tempo real: por exemplo, em locais movimentados, como estações de comboio ou hospitais.
Para os investigadores são necessários testes rápidos e confiáveis para o novo coronavírus para poder controlar a pandemia o mais rápido possível. A maioria dos laboratórios usa o método molecular chamado reação em cadeia da polimerase com transcrição reversa, ou PCR-TR, para detetar o coronavírus nas vias respiratórias. Isto está bem estabelecido e pode detetar até uma quantidade minúscula de vírus – mas, ao mesmo tempo, o processo é demorado e propenso a erros.
Um sensor ótico para amostras de RNA
A equipa de investigadores de Jing Wang desenvolveram um método de teste alternativo na forma de um biossensor ótico. O sensor combina dois efeitos diferentes para detetar o vírus com segurança e confiabilidade: um ótico e um térmico.
O sensor é baseado em pequenas estruturas de ouro, as chamadas nano-ilhas de ouro, num substrato de vidro. Recetores de DNA produzidos artificialmente que correspondem a sequências específicas de RNA da SARS-CoV-2 são enxertados nas nano-ilhas. O coronavírus é um chamado vírus de RNA, em que o genoma não consiste numa dupla cadeia de DNA como nos organismos vivos, mas numa única cadeia de RNA. Os recetores no sensor são, portanto, as sequências complementares das sequências de RNA únicas do vírus, que podem identificar o vírus com segurança.
A tecnologia que os investigadores usam para a deteção é a Ressonância Plasmónica de Superfície Localizada (RPSL). Este é um fenómeno ótico que ocorre nas nanoestruturas metálicas, e quando excitadas, modulam a luz incidente numa faixa específica de comprimento de onda e criam um campo próximo plasmónico ao redor da nanoestrutura. Quando as moléculas se ligam à superfície, o índice de refração local dentro do campo próximo plasmónico excitado muda. Um sensor ótico localizado na parte traseira do sensor pode ser usado para medir essa alteração e, assim, determinar se a amostra contém os fios de RNA em questão.
A confiabilidade do sensor
No entanto, é importante que apenas as cadeias de RNA que correspondem exatamente ao recetor de DNA no sensor sejam capturadas. É aqui que um segundo efeito entra em jogo no sensor: o efeito fototérmico plasmónico (FTP). Se a mesma nanoestrutura no sensor é excitada com um laser de um determinado comprimento de onda, produz calor localizado.
O rigor da medição em ambientes quentes
Os investigadores esclarecem que o genoma do vírus consiste em apenas uma única cadeia de RNA, e se essa cadeia encontrar sua contraparte complementar, as duas cadeias combinam-se para formar uma dupla cadeia – um processo chamado hibridação. A contraparte – quando uma dupla cadeia se divide em cadeias simples – é chamada fusão ou desnaturação. Isso acontece a uma certa temperatura, a temperatura de fusão.
No entanto, se a temperatura ambiente for muito menor que a temperatura de fusão, as cadeias que não são complementares entre si também podem conectar-se. Isso pode levar a resultados de testes falsos. Se a temperatura ambiente for apenas ligeiramente menor que a temperatura de fusão, apenas as cadeias complementares poderão unir-se. E este é exatamente o resultado do aumento da temperatura ambiente, causado pelo efeito FTP.
Para demonstrar com que confiabilidade o novo sensor deteta o atual vírus de COVID-19, os investigadores testaram com um coronavírus muito próximo, o SARS-CoV. Este é o vírus que eclodiu em 2003 e desencadeou a pandemia de SARS. Os dois vírus, o SARS-CoV e SARS-CoV2 – diferem apenas ligeiramente no RNA. E a validação foi bem-sucedida: “Os testes mostraram que o sensor pode distinguir claramente as sequências de RNA muito semelhantes dos dois vírus”, explicou Jing Wang. E os resultados estão prontos em questão de minutos.
No entanto, o sensor ainda não está pronto para medir a concentração do coronavírus no ar, como numa estação ferroviária. Os investigadores indicam que são necessárias ainda desenvolvimento como um sistema que aspire o ar, que concentre os aerossóis e liberte o RNA dos vírus.
O investigador Jing Wang esclareceu que quando o sensor estiver pronto, o princípio poderá ser aplicado a outros vírus e ajudar a detetar e impedir epidemias num estágio inicial.
