Pesquisadores desenvolvem sensor de glicose à base de aço inox e óxido de zinco

Com materiais baratos e biocompatíveis, dispositivo traz possibilidades promissoras para o monitoramento do nível de açúcar no sangue
Estudo é coordenado pelos professores Maria do Carmo Martins e Jonder Morais - Foto: Rochele Zandavalli/UFRGS

A diabetes é uma doença caracterizada pela elevação da glicose no sangue. Pode ocorrer devido a defeitos na secreção ou na ação do hormônio insulina, que tem a função de promover a entrada da glicose nas células do organismo para que ela possa ser aproveitada para as diversas atividades celulares. Essa enfermidade pode levar a diversas complicações, como doenças cardiovasculares, acidentes vasculares cerebrais, doença renal e úlceras nos pés.

Os diabéticos controlam seu nível de açúcar no sangue a partir de uma dieta saudável, da prática de exercícios físicos e de injeções de insulina, quando necessário. Os pacientes e seus médicos precisam, portanto, de métodos para medir a glicemia que sejam rápidos, precisos e confiáveis, bem como baratos e fáceis de usar. No entanto, os sensores utilizados atualmente para a medição da glicose utilizam metais nobres, como a platina, o que os torna muito caros, além de serem, em sua maioria, invasivos (uma vez que a medição se dá a partir de “picadas” para a coleta de sangue) e de não permitirem um monitoramento contínuo, 24 horas por dia.

Pesquisadores da UFRGS, entretanto, desenvolveram um novo tipo de sensor que pode contribuir para a mudança desse cenário. Ele foi criado a partir de aço inox (aquele mesmo que é encontrado em lojas de materiais de construção) e óxido de zinco, dois materiais relativamente baratos e de fácil obtenção. Além disso, os componentes são biocompatíveis, ou seja, podem conviver “pacificamente” com o corpo, sem provocar reações de rejeição e sem a presença de substâncias que possam fazer mal à nossa saúde. O artefato ainda está longe de poder ser comercializado e utilizado pela população, mas traz possibilidades promissoras. O estudo com a descrição do processo foi publicado na revista Applied Surface Science no início deste ano.

Para desenvolver o dispositivo, os pesquisadores aplicaram um filme de óxido de zinco em pequenas placas de aço inox e, sobre essa combinação, depositaram a enzima glicose oxidase. A observação em microscopia eletrônica revelou que o óxido de zinco se aderiu ao aço inox disposto em pequenas colunas verticais – minúsculos filamentos cerca de mil vezes mais finos que um fio de cabelo. Essa distribuição é importante por permitir uma área de superfície relativamente grande na qual a glicose oxidase pode se aderir.

Quando em contato com a glicose, essa enzima passa por uma reação química, que resulta na formação de uma molécula de água oxigenada, que, por sua vez, libera dois elétrons, gerando uma corrente elétrica que pode ser medida com um amperímetro. A corrente gerada é proporcional à concentração de glicose. Os testes foram feitos com uma espécie de sangue artificial – uma solução aquosa, chamada de tampão, que mantém o mesmo pH do sangue humano. Nessa solução, são colocadas, aos poucos, gotas de glicose, e os cientistas conectam equipamentos específicos para medir a corrente elétrica. Assim, puderam se certificar da precisão e da confiabilidade do sistema.

Segundo o professor do Instituto de Física da UFRGS Jonder Morais, um dos responsáveis pelo estudo, o ineditismo do trabalho está justamente na utilização do aço inox. Como explica a professora do Instituto de Química da UFRGS Maria do Carmo Martins, que também participa da pesquisa, não havia até então, na literatura científica, registro de sensores do tipo feitos a partir desse material. Mesmo em modelos como esse, o padrão é usar metais nobres, como o ouro. Os pesquisadores explicam também que, antes de se decidirem pelo inox, foi testada uma série de outros substratos, como vidro, PET e cobre, mas aquele foi o que se mostrou mais adequado para o processo.

A composição de aço inox com óxido de zinco também pode ser utilizada para produzir sensores para outras substâncias, a partir da combinação com diferentes enzimas, escolhidas com base no que se pretende detectar. Atualmente, o grupo de pesquisa realiza estudos relacionados à detecção de ureia, utilizando a mesma base. “Você funcionaliza a superfície do óxido de zinco de acordo com o que você quer que ele detecte. A glicose oxidase é boa para glicose; a urease serviu para ureia… A gente está estudando justamente como programar essa superfície de modo a detectar diferentes situações, com diferentes enzimas”, explica Jonder.

 

Motivações e possibilidades

As pesquisas que levaram ao desenvolvimento do sensor tiveram início em 2008, a partir da demanda de uma aluna, Adriana Rodrigues, que tinha interesse em fazer mestrado na área de Física de Superfícies, campo de atuação de Jonder, mas com uma aplicação prática na área da saúde. A motivação inicial dos trabalhos foi prioritariamente acadêmica, voltada a entender as reações físicas e químicas que envolvem os materiais.

“A gente está querendo entender a parte fundamental. Por exemplo, existe a possibilidade de substituir material? A gente viu que existe. Ele funciona? Funciona. Foi testado, e a pessoa pode usar um aparelho simples pra medir a glicose”, comenta Jonder. “A gente quer ver, do ponto de vista mais fundamental, a química do processo; existe uma ligação química que se formou entre a enzima e a superfície do óxido de zinco. A gente mostra isso, e também mostra que, ao grudar na superfície, essa enzima manteve sua atividade, não se estragou”, complementa Maria.

Conforme enfatizam os dois pesquisadores, apesar de perspectivas promissoras, ainda não há previsão para a disponibilização do sensor para a utilização por pacientes reais. Até o momento, foram feitos somente os chamados “testes de bancada”, em laboratório, com controle de toda a situação. Para uma aplicação prática, seria preciso também trabalhar na estabilidade do material, para que ele se mantenha estável por mais tempo, e na miniaturização dos elementos.

“Hoje, os testes de glicose são basicamente isso aqui, mas são programados para uma corrente específica, para um material específico. Mas por que eles são caros? São caros porque esses testes, além de serem descartáveis, são feitos à base de platina, e a platina é um metal raro”, explica Jonder. “A gente transformou o óxido de zinco e o aço inox em um eletrodo eletroquímico, que nem aquele. Na hora em que você bota a gotinha de sangue, aplica-se uma voltagem e mede-se a corrente, é exatamente isso que ele faz. A gente só não miniaturizou o eletrodo, como nas tirinhas usadas nos testes atuais”, completa.

Apesar de poder ser lavado e reutilizado (os cientistas chegaram a testar seu funcionamento ao longo do período de uma semana, mantendo-o sob refrigeração), o maior potencial do dispositivo desenvolvido, devido a sua biocompatibilidade, está na possibilidade de ser utilizado para o monitoramento contínuo. “O interessante seria algo que pudesse ficar na pessoa. Esse monitoramento contínuo não existe ainda, a não ser em hospitais, obviamente, mas seria ótimo para a pessoa ter um relógio, ou outra coisa do tipo, podendo ligar isso até mesmo a um dosador de insulina. Seria interessante que a pessoa não tivesse que ficar se furando”, comenta Jonder.  

 

Artigos científicos

RODRIGUES, A. et al. Development and surface characterization of a glucose biosensor based on a nanocolumnar ZnO film. Applied Surface Science, 2017.

RODRIGUES, Adriana; ALVES, Maria C. M.; MORAIS, Jonder. Self-assembled nanocolumnar ZnO films chemically deposited on stainless steel with controlled morphology and thickness. Materials Letters, 2014.

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