Balança nanométrica

Técnica desenvolvida por pesquisadores brasileiros e norte-americanos utiliza membrana com um único poro de 1,5 nanômetro para medir a massa de moléculas orgânicas. Descoberta pode resultar em sensores multianalíticos que cabem em um microchip

Por Fábio de Castro

Agência FAPESP – Um grupo de cientistas brasileiros e norte-americanos desenvolveu uma nova técnica, que emprega uma membrana ultrafina com um único poro em escala nanométrica, para detectar e classificar com precisão diferentes moléculas biológicas.

A descoberta, publicada na última edição da revista Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas), poderá ser útil para a criação de sensores multianalíticos com inúmeras aplicações.

De acordo com um dos autores do artigo, o professor Oleg Krasilnikov, do Laboratório de Biofísica das Membranas do Departamento de Biofísica e Radiobiologia da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), entre as vantagens da nova técnica está o fato de que ela não destrói a molécula analisada e necessita de uma amostra muito pequena para fazer a análise.

"Os aparelhos utilizados hoje para medir a massa das moléculas usam processos de alto vácuo, ionização, desnaturação e desintegração de grandes quantidades de moléculas analisadas. A nossa técnica é aplicada em temperatura e pressão ambientes, sem danificar as moléculas e com o uso de pouca quantidade da substância em análise", disse Krasilnikov à Agência FAPESP.

Além de Krasilnikov e de Cláudio Rodrigues, do mesmo laboratório da UFPE, a pesquisa teve participação de pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (Nist) e da Universidade Estadual Wright, em Ohio, ambos nos Estados Unidos.

A nova técnica permite a detecção das moléculas uma a uma, em espaço pequeno o suficiente para caber em um microchip. "Temos a intenção de, no futuro próximo, utilizar esse sistema para instalar sensores multianalíticos em chips", disse Krasilnikov, que graduou-se em biologia em 1971 pela Universidade Estadual de Tashkent, no Uzbequistão, e desde 1983 está na UFPE.

Com quatro nanômetros de espessura, a membrana, feita de lipídios, é semelhante às membranas de células vivas. Na estrutura, os cientistas produzem um único poro com 1,5 nanômetro – 1 nanômetro é igual à bilionésima parte de 1 metro; um fio de cabelo tem cerca de 80 mil nanômetros.

Segundo Krasilnikov, a técnica é capaz de identificar as moléculas pelo fato de a membrana ter um único nanoporo. "Ao passar pelo poro, a molécula deixa suas características - como uma espécie de impressão digital. Por ser uma única molécula, temos um registro qualitativamente muito superior ao que se pode obter com outras técnicas", afirmou.

O pesquisador explica que um campo elétrico é aplicado nos dois lados da membrana, produzindo uma corrente. Quando uma molécula passa pelo poro e o obstrui, registra-se uma diminuição da corrente. "Dependendo de qual for a molécula, ela faz uma obstrução específica que funciona como uma assinatura digital", disse.

Enquanto os sensores tradicionais são voltados especificamente para cada tipo de molécula, o sensor formado por um único nanoporo tem a vantagem de poder detectar simultaneamente uma maior diversidade de moléculas presentes em uma solução. "O processo é muito mais rápido do que com os sensores tradicionais", destacou.

Utilizando cadeias de polímeros de diferentes tamanhos como modelos para biomoléculas, os pesquisadores conseguiram, com um único nanoporo, detectar a presença de 24 moléculas de tamanhos diferentes em uma única amostra. "Chegamos a uma resolução muito elevada", disse Krasilnikov.


Múltiplas aplicações

De acordo com o professor da UFPE, a nova técnica tem chamado a atenção da comunidade científica internacional por seu grande potencial de aplicações futuras. "É um resultado importante, mas que está inserido em um trabalho maior com objetivos muito mais ambiciosos, como o desenvolvimento de sensores mais robustos que possam ser utilizados fora dos laboratórios", disse.

Um dos objetivos dos pesquisadores é aprimorar a técnica para aplicação no desenvolvimento de um equipamento de seqüenciamento de DNA. "Muitos grupos estão investindo nisso, como a Nasa [agência espacial norte-americana]. Um equipamento com base na membrana com um único nanoporo poderia tornar o seqüenciamento de DNA muito mais rápido", destacou Krasilnikov.

Para desenvolver essa aplicação, no entanto, será necessário descobrir como desacelerar a passagem do DNA pelo nanoporo. "O problema é que é preciso ler cada nucleotídeo, mas a seqüência deles passa muito rapidamente pelo poro", disse.

A nova técnica também poderá ser aplicada na área ambiental, com a produção de sensores de monitoramento de poluição. "Essa pode ser uma aplicação útil. Em vez de coletar amostras de água e levar para análise no laboratório, será possível instalar no local um sensor para fazer um monitoramento contínuo", afirmou.

O processo poderá ser utilizado ainda na identificação e medição de concentrações de moléculas orgânicas nas indústrias farmacêutica e química. "O principal obstáculo ao desenvolvimento desses sensores multianalíticos é a estabilidade da membrana, que, por ser muito fina, não dura mais que algumas horas. Estamos trabalhando para resolver esse problema", disse Krasilnikov.