Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) desenvolveram um método rápido e econômico para testar líquidos para uma família onipresente de compostos químicos conhecidos como anfifílicos, que são usados ??para detectar doenças como estágio de tuberculose e câncer, bem como para detectar toxinas em medicamentos, alimentos, dispositivos médicos e suprimentos de água.

A pesquisa foi publicada recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Science .

O padrão-ouro de hoje para testes de endotoxinas, um tipo comum de anfifílicos que podem contaminar a água e causar doenças graves e morte, requer o uso de compostos encontrados apenas no sangue de caranguejos-ferradura – tornando o processo caro e insustentável. Alternativas mais baratas não são sensíveis o suficiente para detectar anfífilos em níveis significativos.

O novo teste , desenvolvido por Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson Professor de Ciência dos Materiais e Professor de Química e Biologia Química na SEAS, e Xiaoguang Wang, ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Aizenberg e agora professor assistente de Engenharia Química e Biomolecular em Ohio State University, usa gotículas rolantes em superfícies microestruturadas para detectar anfifílicos em concentrações ultrabaixas.

A equipe de pesquisa demonstrou a técnica para detectar níveis de endotoxinas anfifílicas patogênicas na água, compostos que podem ser tóxicos mesmo em concentrações extremamente baixas.

A superfície microestruturada é composta por milhares de micropilares circulares, revestidos uniformemente com moléculas de cauda longa automontadas, criando uma interface suave e sem atrito, exceto nas bordas dos micropilares. Aqui, há lacunas no revestimento – como buracos moleculares. Quando uma gota rola pela superfície, se não tiver moléculas anfifílicas, ela atingirá um buraco e parará, incapaz de superar o atrito da borda desordenada.

Mas uma gota com níveis mais altos de anfifílicos continuará rolando porque as moléculas anfifílicas se juntarão às moléculas de cauda longa e preencherão as lacunas na superfície – como uma pavimentadora de estradas alisando a superfície de uma estrada. No caso das endotoxinas, à medida que as moléculas anfifílicas são depositadas na superfície, elas se conectam com outras moléculas anfifílicas na gotícula, construindo compostos cada vez maiores que eventualmente retardam e interrompem a gotícula. Onde a gota para na superfície informa quantos buracos ela remendou e, portanto, a concentração de anfifílicos.

"Nossas superfícies fornecem um método rápido e portátil de detecção de anfífilos dentro de gotículas que você pode ver com seus olhos nus", disse Aizenberg. “Nenhum outro método permite a detecção nos níveis baixos que estamos vendo em nossos testes, sem usar equipamentos caros ou sofisticados”.

Os pesquisadores também desenvolveram um modelo para prever como diferentes compostos anfifílicos em diferentes concentrações interagiriam com a superfície estruturada. Ao alterar o tamanho, a forma e a distância entre os pilares, bem como o revestimento molecular, a superfície pode ser ajustada para detectar tipos específicos de anfifílicos em concentrações específicas.

"Nosso método é amplamente aplicável a qualquer tipo de anfifílico", disse Wang. "Com esse método geral, já estamos detectando endotoxinas em níveis relevantes para testes de qualidade da água, mas o teste também pode ser otimizado para detectar concentrações ainda mais baixas".