Dispositivo para smartphones permite a detecção de pesticidas

Novo sistema de detecção pode ser utilizado para a descoberta de drogas, contaminantes e bactérias

É difícil de acreditar que, apenas algumas décadas atrás, o smartphone era apenas uma ideia. O que uma vez foi considerado como tecnologia disruptiva transformou a comunicação e a troca de informações para sempre. É a conexão dessas ideias incomuns que torna o conhecimento de fatos isolados em inovações que transformam o mundo. Seja explorando uma hipótese diferente, criando um produto novo ou explorando um nicho desconhecido no mercado, nossa missão é dar suporte a você nessa jornada.

Pegue duas coisas que muitos de nós utilizamos em casa – papel e um smartphone – e o que você tem? Bom, para um grupo de pesquisadores da China e Singapura, um dispositivo reutilizável para detecção imediata de pesticidas.

Detectar moléculas como pesticidas em alimentos ou contaminantes na água potável pode ser demorado e caro, e o equipamento pode ser extremamente grande. Como resultado, a detecção de drogas, contaminantes, bactérias e proteínas em amostras é normalmente feita em laboratório. Entretanto, com os cuidados de saúde mudando do hospital para casa e a necessidade de um diagnóstico rápido no campo, sistemas de detecção precisam ser cada vez mais portáteis.

Aceitando o desafio, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Hefei (China) e da Universidade Nacional de Singapura desenvolveram sensores de papel que podem ser analisados por um aplicativo Android em um smartphone – um dispositivo quase de bolso que pode detectar produtos químicos como pesticidas de forma rápida e barata. O estudo, publicado na Biosensors and Bioelectronics, descreve a nova abordagem que os cientistas utilizaram para criar um sistema que pode detectar baixas concentrações de pesticidas – e, potencialmente, qualquer substância – em uma amostra.

Modificando a tecnologia de consumo

De acordo com a empresa de telecomunicações Ericsson, espera-se que mais de 6 bilhões de smartphones estejam em uso até 2020 – quase um para cada pessoa no planeta. A tecnologia do smartphone é portátil, acessível e relativamente barata, então os pesquisadores focaram nisso para criar seu sistema de detecção.

“Já que os detectores são geralmente grandes, era importante que conseguíssemos desenvolver uma unidade menor e poderosa o suficiente para detectar pequenas concentrações de pesticida”, disse um dos autores do estudo, o Dr. Qingsong Mei, um professor adjunto na Escola de Engenharia Médica da Universidade de Tecnologia de Hefei.

Para fazer o detector, os pesquisadores precisaram desenvolver três componentes: nanopartículas para detectar o pesticida que emitem um sinal fluorescente no papel, uma parte do smartphone impressa em 3D e ligada a um mini laser, um filtro óptico e uma mini cavidade, e um software que rodasse no Android.

Qingsong Mei, PhD

As nanopartículas – chamadas de nanocristais de conversão ascendente – são envoltas com íons de cobre e fixadas no papel. A amostra é, então, colocada no papel, e as moléculas de pesticidas grudam nos íons de cobre das nanopartículas. O dispositivo emite uma luz sobre o papel e, usando o software especialmente desenvolvido, o smartphone lê a luz fluorescente emitida a partir das nanopartículas.

A luz fluorescente varia de acordo com a quantidade de pesticida presente na amostra, de modo que o software consiga traduzir o sinal em uma concentração de pesticida. O sistema realiza uma detecção confiável e precisa em baixas concentrações de 0,1 μM.

“Esse é um dos primeiros sistemas de prototipagem que integra um sensor de papel com um smartphone. Ele também pode ser reutilizado, tornando-o economicamente ainda mais favorável”, explica o Dr. Bing Nan Li, um dos principais autores do estudo e professor de Engenharia Biomédica na Universidade de Tecnologia de Hefei. “O smartphone é vantajoso em termos de sua portabilidade, acessibilidade, programação, facilidade de uso e baixo custo; ele traz oportunidades revolucionárias para a comunidade analítica”.

Bing Nan Li

Detecção de pesticidas

Enquanto o papel de pesticidas no declínio de populações polinizadoras e seu efeito potencial sobre a saúde se torna mais claro, é cada vez mais importante ser capaz de detectá-los no meio ambiente e nos alimentos. Normalmente, o equipamento utilizado para detectar pesticidas e outros produtos químicos é grande, caro e lento, tornando a detecção no local desafiadora.

Detectores menores foram desenvolvidos utilizando o papel como material do sensor, mas não conseguiram produzir sinais suficientemente fortes para a detecção. Os pesquisadores testaram o novo sistema de detecção com o smartphone com o pesticida tirame, um produto químico antifúngico largamente utilizado em culturas de soja.

“Estamos felizes que esse novo sistema de detecção consegue identificar o tirame, e acreditamos que podemos aprimorá-lo ainda mais para detectar várias moléculas diferentes em uma amostra”, afirmou Yong Zhang, um dos principais autores do estudo e professor catedrático de Engenharia Biomédica da Universidade Nacional de Singapura.

Embora testado em moléculas de pesticidas, o novo sistema da equipe pode ser usado para detectar qualquer molécula, incluindo drogas, proteínas e anticorpos. Para a medicina, campo no qual o atendimento está indo dos hospitais para casas, um sistema de detecção pequeno e barato é vital.

Yong Zhang

Os pesquisadores estão, agora, desenvolvendo kits que podem detectar moléculas diferentes. “Estamos deixando o sistema útil para aplicação no mundo real”, disse o professor Zhang. “Planejamos usar a tecnologia para detectar várias moléculas ao mesmo tempo – algo chamado de detecção multiplex. Desta forma, poderíamos, por exemplo, testar a qualidade dos alimentos que comemos todos os dias”.


Leia o estudo

Qingsong Mei et al: “Smartphone based visual and quantitative Assays on upconversional paper sensor“, Biosensors and Bioelectronics (Janeiro de 2016).

Biosensors and Bioelectronics é a principal revista internacional dedicada à investigação, concepção, desenvolvimento e aplicação de biossensores e bioeletrônicos. É uma revista interdisciplinar, atendendo profissionais com interesse na exploração de materiais biológicos e criações de novos meios de diagnóstico e dispositivos eletrônicos, incluindo sensores, chips de DNA, narizes eletrônicos, lab-on-a-chip (LOC) e μ-TAS.


Os autores

Qingsong Mei obteve seu PhD da Universidade de Ciência e Tecnologia da China em 2012 e juntou-se ao Instituto de Máquinas Inteligentes, na Academia Chinesa de Ciências, como professor assistente entre 2012 e 2014. Atualmente, é Professor Associado na Universidade de Tecnologia de Hefei, na China. Seus interesses de pesquisa incluem a concepção e preparação de nanosondas ópticas avançadas com aplicações em quimio-sensação, biodiagnóstico e bioimagem.

Bing Nan Li recebeu seu diploma em Engenharia Biomédica da Universidade Southeast, em Nanjing, China, em 2001. Seu primeiro PhD foi em Engenharia Eletrônica pela Universidade de Macau, em 2009, e seu segundo em Bioengenharia pela Universidade Nacional de Singapura, em 2011. Atualmente, é Professor Titular de Engenharia Biomédica da Universidade de Tecnologia de Hefei, na China, onde é Chefe de Departamento e Diretor do Centro de Ressonância Magnética X (MRIX). Publicou mais de 50 artigos científicos e realizou mais de 10 patentes. Seus principais interesses de pesquisa são healthonics, imagens médicas funcionais e computação. O Prof. Li é um membro sênior do Instituto de Engenharia Elétrica e Eletrônica (IEEE, EUA) e do Instituto Chinês de Eletrônica (CIE, China). Ele atua no Conselho Editorial dos seguintes periódicos da Elsevier: Computers in Biology and MedicineHeliyonInformatics in Medicine Unlocked.

Dr. Yong Zhang é Professor e Chefe Adjunto de Pesquisa do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade Nacional de Singapura (NUS). É membro sênior do Instituto de Pesquisa Nanocore da NUS e da Escola de Graduação de Ciências Integrativas e Engenharia da NUS (NGS). Seus interesses de pesquisa atuais incluem nanobiofotônicos, nanomedicina, microdispositivos biomédicos e engenharia de tecidos.


Contribuidora da Elsevier Connect

Depois de alguns acidentes, Lucy Goodchild van Hilten descobriu que é uma escritora melhor do que uma cientista. Após um Mestrado em História da Ciência, Medicina e Tecnologia no Imperial College de Londres, ela se tornou editora assistente do Microbiology Today. Sua passagem pela assessoria de imprensa do Imperial colocou suas histórias nas primeiras páginas, e ela se mudou para Amsterdã para trabalhar na Elsevier como Gerente Sênior de Comunicações de Marketing para as Ciências da Vida. Ela é agora uma escritora freelance em Tell Lucy. Fale com ela pelo Twitter em @LucyGoodchild.

Lucy Goodchild-van Hilten