Biossensor deteta nanoplásticos na água em poucos minutos | Science Tokyo
Biossensor à base de péptidos permite a deteção direta de nanopartículas de poliestireno
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A crescente presença de nanoplásticos no ambiente tem posto em evidência a necessidade de métodos de deteção mais simples, o que levou os investigadores da Science Tokyo a desenvolver um biossensor rápido para a deteção de nanopartículas de poliestireno na água. Testado tanto em amostras de água modelo como em amostras reais de água enriquecidas com nanopartículas de poliestireno, o dispositivo detetou partículas de 50 nm em 20 minutos, sem necessidade de marcação ou de uma preparação exaustiva das amostras. Esta tecnologia poderá apoiar os esforços para compreender e combater a acumulação de nanoplásticos no ambiente.
Institute of Science Tokyo
Detecção de nanoplásticos com um biossensor ótico à base de péptidos
Os plásticos fragmentam-se em partículas cada vez mais pequenas ao longo do tempo, acabando por formar nanoplásticos, partículas com tamanhos que variam entre 1 e 1 000 nm. Estas partículas de plástico de dimensão nanométrica penetraram no ambiente e têm sido detetadas em organismos vivos, incluindo o corpo humano, suscitando preocupações crescentes quanto aos seus potenciais impactos no ambiente e na saúde humana. As técnicas analíticas atualmente utilizadas para detetar nanoplásticos incluem métodos de microscopia e espectroscopia. No entanto, estas abordagens convencionais requerem equipamento dispendioso e uma preparação exaustiva das amostras, o que limita a sua viabilidade para a monitorização de rotina.
Uma equipa de investigação do Instituto de Ciência de Tóquio (Science Tokyo), no Japão, desenvolveu agora um biossensor capaz de detetar rapidamente nanopartículas de poliestireno (PS-NPs) em água doce. O poliestireno é um dos materiais plásticos mais utilizados tanto em aplicações domésticas como industriais, tornando as PS-NPs um alvo importante para a deteção de nanoplásticos. Ao permitir a deteção seletiva e sem marcação em ambientes aquosos com uma preparação mínima da amostra, o dispositivo poderá melhorar significativamente a avaliação da qualidade da água, marcando um passo importante no sentido da deteção prática de nanoplásticos.
O estudo foi liderado pela Professora Associada Mana Toma, do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrónica da Faculdade de Engenharia, em colaboração com o Professor Assistente Shuo Cheng, da Faculdade de Ambiente e Sociedade, no Japão
«O tamanho extremamente reduzido dos nanoplásticos torna-os difíceis de detetar utilizando métodos convencionais. Enfrentámos este desafio concebendo uma plataforma de biossensoriamento que captura seletivamente partículas de PS-NP na superfície do sensor e as deteta opticamente», afirma Toma.
Um biossensor é constituído por elementos de biorreconhecimento capazes de se ligarem a alvos específicos, produzindo um sinal mensurável. Neste caso, um péptido de ligação ao PS serve como elemento de reconhecimento. O péptido foi imobilizado numa fina película de ouro através de um ligante de polietilenoglicol (PEG), o que minimiza a ligação não específica e melhora a captura seletiva das PS-NPs.
O biossensor funciona utilizando a ressonância plasmónica de superfície (SPR), uma técnica de deteção ótica que deteta minúsculas alterações no índice de refração numa superfície em tempo real. Nesta configuração, a luz laser é direcionada através de um prisma de vidro de elevado índice de refração para uma fina película de ouro, excitando os plasmões de superfície, que são oscilações coletivas de eletrões livres na superfície do metal. Quando as PS-NPs se ligam ao sensor, alteram o índice de refração local junto à película de ouro, deslocando o ângulo de ressonância. No presente sistema, esta desvio da SPR induzido pela ligação é monitorizado como uma alteração na intensidade da luz refletida num ângulo de incidência selecionado. Ao comparar estas alterações de intensidade com uma curva calibrada de resposta da SPR em função da concentração, o sistema quantifica as concentrações de PS-NP na água.
Os investigadores testaram o biossensor em água de laboratório concebida para imitar a composição iônica da água doce, à qual adicionaram PS-NPs em concentrações conhecidas e controláveis. Nestas amostras, o biossensor proposto conseguiu detetar PS-NPs de 50 nm em 20 minutos e atingiu um limite de deteção tão baixo quanto 1,3 μg/mL. Também validaram a deteção em amostras ambientalmente relevantes, utilizando água de aquário e água de lagoa enriquecida com PS-NPs.
«Ao simplificar o processo de deteção, este biossensor poderá tornar a monitorização de nanoplásticos mais acessível do que os métodos convencionais, que requerem instrumentos especializados e uma preparação exaustiva das amostras», afirma Toma.
A utilização contínua e a degradação dos plásticos irão inevitavelmente aumentar a acumulação de nanoplásticos no ambiente. Ao simplificar a deteção e tornar a monitorização mais prática, o biossensor proposto poderá ajudar os investigadores a compreender melhor como os nanoplásticos se espalham e se comportam, apoiando os esforços para fazer face a este desafio ambiental crescente.
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