nano bios sensor es

Download Nano Bios Sensor Es

Post on 02-Aug-2015

93 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Cluster do Conhecimento Nanotecnologia

NANOBIOSSENSORES

Diana Brito Parreira Tiago Guerreiro Leito Examinadores de patentes

Junho de 2010

Nanobiossensores

NDICE

1 BREVE INTRODUO NANOTECNOLOGIA ....3

2 NANOBIOTECNOLOGIA ...3

3 NANOBIOSSENSORES ...3 3.1 Sensores de nanofios ...5 3.2 Nanobiossensores de canais inicos ....5 3.3 Nanobiossensores virais .7 3.4 Nanobiossensores PEBBLE ...7 3.5 Nanobiossensores pticos ......7 3.6 Sensores Nanoshell.8 3.7 Nanobiochips. Lab-on-a-chip. .9

4 ANLISE DE PATENTES DE NANOBIOSSENSORES ..11 4.1 Exemplos de patentes de nanobiossensores ......11 4.2 Diagnstico tecnolgico na rea dos nanobiossensores ..16

5 CONCLUSAO E PERSPECTIVAS FUTURAS ..19

6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .....21

2

Nanobiossensores

1 BREVE INTRODUO NANOTECNOLOGIAA Nanotecnologia uma rea cientfica multidisciplinar que consiste na criao e utilizao de materiais, dispositivos e sistemas atravs da manipulao de matria escala do nanmetro (nm) nano-escala, isto um milionsimo de milmetro ou um bilionsimo do metro. Nos ltimos anos, a Nanotecnologia tem sofrido um desenvolvimento extraordinrio, trazendo avanos revolucionrios em reas como: tecnologias da informao e comunicao, robtica, materiais, medicina e biotecnologia.

2 NANOBIOTECNOLOGIAUma das reas da nanotecnologia que se encontra em rpida progresso e na qual este documento se ir focar a Nanobiotecnologia, que aplica ferramentas e processos de nanofabricao construo de dispositivos para estudar e melhor compreender os sistemas e os processos biolgicos. A Nanobiotecnologia resulta da integrao das cincias fsicas, da engenharia molecular, da biologia, biotecnologia e da qumica e promete considerveis avanos na indstria farmacutica e na rea dos cuidados de sade. A extraordinria evoluo da compreenso dos sistemas biolgicos tem sido acompanhada pelo desenvolvimento dos sistemas de anlise bioqumica e diagnstico molecular. A emergncia da nanotecnologia abriu portas possibilidade de detectar e manipular parmetros bioqumicos e moleculares atravs de dispositivos nano escala nanodispositivos, como nanobiossensores e biochips. A miniaturizao dos dispositivos de anlise bioqumica e sistemas de diagnstico molecular vem proporcionar uma dramtica melhoria na rapidez, preciso e sensibilidade dos seus resultados, assim como uma maior acessibilidade e flexibilidade dos mesmos, como iremos ver ao longo deste documento.

3 NANOBIOSSENSORESUm nanobiossensor um dispositivo nano-escala que converte um evento biolgico, como um distrbio gentico e/ou metablico ou uma infeco (viral ou bacteriana), num sinal mensurvel e processvel. De um modo geral, um nanobiossensor incorpora um elemento biolgico biorreceptor, que pode ser uma protena (ex: enzimas1 ou anticorpos2), cidosDe modo geral, uma enzima uma protena que catalisa (isto , intervm e acelera) uma reaco qumica fisiolgica. 2 Os anticorpos so protenas complexas, constitudas por centenas de aminocidos (unidades de construo das protenas). Os anticorpos so produzidos por clulas do sistema imunitrio, quando estas so expostas a determinadas substncias denominadas antignios.1

3

Nanobiossensores

nucleicos 3(ADN ou ARN), estruturas proteicas como canais inicos ou ainda clulas inteiras [1, 2]. O biorreceptor o agente responsvel pelo reconhecimento especfico do analito, isto , o que se pretende analisar, que pode ser, por exemplo, ADN, ARN, genes, protenas ou metabolitos (isto , produtos do metabolismo). A interaco do biorreceptor com o analito desencadeia uma resposta ou reaco fisiolgica que produz uma perturbao bioqumica no nanobiossensor, que pode em seguida ser convertida por um transdutor num efeito detectvel e mensurvel, como um sinal elctrico (Figura 1) [3].Analito Biorreceptor Transdutor Sinal mensurvel

Enzima Anticorpo Canais inicos cidos nucleicos

Substncia electroactiva Alterao pH Calor Luminescncia Alterao de massa

Elctrodo Elctrodo pH Termstor Contador de fotes Dispositivo piezoelctrico Sinal elctrico

Figura 1: Esquema geral de funcionamento de um nanobiossensor. Os biorreceptores reconhecem e ligam-se aos analitos. A interaco entre o analito alvo e o biorreceptor concebida de forma a produzir uma perturbao bioqumica no nanobiossensor (ex: alterao pH) transduo, que pode em seguida ser convertida num efeito detectvel e mensurvel, como um sinal elctrico.

Exemplos das referidas perturbaes bioqumicas so: Calor transferido ou absorvido pela reaco fisiolgica; Mudanas na distribuio de cargas, produzindo-se um potencial elctrico; Movimento de electres, produzindo uma reaco redox; Emisso de luz durante a reaco fisiolgica ou uma diferena entre a absorvncia de luz entre reagentes e produtos; Efeitos de massa dos reagentes ou produtos. Existem diversos tipos de nanobiossensores, consoante o tipo de analito, biorreceptor, mtodo de transduo e/ou sinal obtido, alguns dos quais sero discutidos em seguida.

Um cido nucleico um tipo de composto qumico que ocorre em todas as clulas vivas e que responsvel pelo armazenamento e transmisso da informao gentica, sendo a sua traduo expressa pela sntese precisa de protenas.

3

4

Nanobiossensores

3.1 Sensores de nanofios Os nanofios, tal como o nome indica, so fios com um dimetro da ordem dos nanmetros. Existem diferentes tipos de nanofios: metlicos (ex.: de nquel, platina ou ouro), semicondutores (ex.: de silcio, fosfato de ndio ou nitrito de glio) ou isolantes (ex: de slica ou dixido de titnio). As propriedades da superfcie dos nanofios so facilmente modificveis, pelo que os sensores de nanofios podem incorporar praticamente qualquer elemento de reconhecimento biolgico (biorreceptor). Os nanomateriais destes sensores vo transduzir o evento biolgico (como uma ligao qumica) que ocorre na sua superfcie numa alterao detectvel em tempo real da condutividade do nanofio, isto , a facilidade com a qual um nanofio capaz de conduzir uma corrente elctrica. A reduzida dimenso, a sensibilidade e a possibilidade de deteco em tempo real associadas aos nanofios semicondutores tornam-nos especialmente teis para a anlise e diagnstico in vivo. Recentemente, uma equipa multidisciplinar dirigida por investigadores da Universidade de Yale (EUA) desenvolveu um sensor de nanofios para detectar e medir as concentraes de dois biomarcadores do cancro, isto , dois compostos indicadores da presena de cancro: um do cancro de prstata e outro do cancro da mama [4]. Outro nanobiossensor, desenvolvido pelo projecto Nodo Nanotec4 (Argentina) visa tambm a deteco de tumores. O nanobiossensor consiste em dois microelctrodos ligados por uma ponte de nanofios com anticorpos. A unio do biorreceptor ao tumor gera um sinal elctrico, permitindo a deteco do aparecimento de um tumor. (Fonte: http://nanobugle.wordpress.com/2009/06/26/nanobiosensor-to-detect-tumors/).

3.2 Nanobiossensores de canais inicos O ICSTM um biossensor de canais inicos, pertencente Ambri Ltd. Este biossensor constitudo por uma membrana, onde esto incorporados canais inicos (canais existentes nas membranas das clulas, atravs dos quais passam ies para dentro e para fora da clula como, por exemplo, ies sdio). membrana esto acoplados biorreceptores que consistem em fragmentos de anticorpos que se ligam especificamente ao analito em questo. A ligao do fragmento do anticorpo e o analito vai causar um bloqueio no canal inico, que impede a normal passagem de ies atravs do mesmo. Consequentemente, a condutividade elctrica do canal inico diminuda, sendo esta alterao mensurvel quantitativamente (Figura 2).

4

Financiado pela Comisin Nacional de Energa Atmica e pela Agencia de Promocin Cientfica y Tecnolgica. A Universidad Nacional de Baha Blanca e o Instituto de Investigaciones Cientficas y Tcnicas para la Defensa colaboraram tambm neste projecto.

5

Nanobiossensores

biorreceptor+ +

ies

+

fosfolpidos da membrana+ +

+

Na ausncia do analito: o canal inico um dmero condutor+

membrana

Detector

+

+

analito+ + + + + +

Na presena do analito: monmeros no condutores

Figura 2: Princpio de funcionamento de um nanobiossensor de canais inicos

Esta a tecnologia que est na base do SensiDx System da Ambri Ltd. Este nanobiossensor foi desenhado para analisar amostras de sangue em unidades hospitalares, proporcionando resultados precisos e quantitativos imediatos. Este dispositivo tem um potencial para detectar at 40 substncias ou marcadores de doenas em amostras sanguneas. Outros testes incluem marcadores cardacos para deteco de ataques cardacos e tambm os electrlitos sdio e potssio.

6

Nanobiossensores

3.3 Nanobiossensores virais Os vrus Herpes Simplex (HSV) e adenovrus tm sido utilizados para desencadear a formao de nanopartculas magnticas para utilizao como nanossensores de vrus clinicamente relevantes. Estas nanopartculas so constitudas por um ncleo ultra magntico de xido de ferro revestido com dextrano. Investigadores do Center for Molecular Imaging Research, da Harvard Medical School (EUA) desenvolveram uma nanopartcula magntica qual se encontra acoplado um anticorpo que reconhece o vrus Herpes Simplex (anti-HSV) e o adenovrus-5, permitindo uma deteco destes vrus com elevada sensibilidade (5 partculas virais por 10 l de amostra de soro) [5]. As propriedades magnticas destas nanopartculas fazem com que sejam detectveis e monitorizveis atravs de tcnicas de ressonncia magntica, sendo assim possvel visualizar a distribuio viral num organismo.

3.4 Nanobiossensores PEBBLE (Probes Encapsulated by Biologically Localized Embedding) Estes nanossensores tm a forma de esferas com uma dimenso na ordem dos 20 a 200 nm e so formados pela encapsulao de molculas selectivas que se ligam a analitos e