Nariz eletrônico: detectando as moléculas de odor na superfície do grafeno em camadas com peptídeos automontados

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Sensores olfativos baseados em grafeno que podem detectar moléculas de odor com base no design de sequências de peptídeos foram demonstrados recentemente por pesquisadores da Tokyo Tech. As descobertas indicaram que os transistores de efeito de campo de grafeno (GFETs) funcionalizados com peptídeos designáveis ​​podem ser usados ​​para desenvolver dispositivos eletrônicos que imitam receptores olfativos e emulam o sentido do olfato detectando seletivamente moléculas de odor.

A detecção olfativa ou detecção de odor é parte integrante de muitos setores, incluindo saúde, alimentos, cosméticos e monitoramento ambiental. Atualmente, a técnica mais comumente usada para detectar e estimar moléculas de odor é a cromatografia gasosa-espectrometria de massa (GC-MS). Embora muito eficaz, o GC-MS tem algumas limitações, como sua configuração volumosa e sensibilidade limitada. Como consequência, os cientistas têm procurado alternativas mais sensíveis e fáceis de usar.

Nos últimos anos, os transistores de efeito de campo de grafeno (GFETs) começaram a ser usados ​​para desenvolver sensores de odor altamente sensíveis e seletivos, integrando-se com receptores olfativos, também conhecidos como narizes eletrônicos. As superfícies atomicamente planas e a alta mobilidade eletrônica das superfícies de grafeno tornam os GFETs ideais para adsorver moléculas de odor. No entanto, a aplicação de GFET como biossensores elétricos com os receptores é severamente limitada por fatores, como a fragilidade dos receptores e a falta de moléculas sintéticas altanativas que possam funcionar como receptores olfativos.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) liderada pelo Prof. Yuhei Hayamizu decidiu abordar essas questões com receptores olfativos baseados em GFET. Em seu recente estudo publicado na Biossensores e Bioeletrônica, a equipe projetou e desenvolveu três novos peptídeos para biossensores de grafeno que podem detectar moléculas de odor. O Prof. Hayamizu explica: “A sequência de peptídeos que projetamos precisava realizar duas funções principais – atuar como um andaime biomolecular para auto-montagem em uma superfície de grafeno e funcionar como uma bio-sonda para ligar as moléculas de odor. Isso permitiria que os peptídeos para cobrir a superfície do grafeno de maneira automontante e funcionalizar a superfície uniformemente para capturar moléculas de odor.”

A equipe realizou microscopia de força atômica que mostrou que os peptídeos cobriam uniformemente a superfície do grafeno com a espessura de uma única molécula. O grafeno funcionalizado foi então usado para construir uma configuração GFET para detectar moléculas de odor. Após a montagem, a equipe injetou limoneno, mentol e salicilato de metila como moléculas de odor representativas no GFET. As medições eletroquímicas indicaram que a ligação com as moléculas de odor reduziu a condutividade do grafeno. As observações também revelaram que a interação entre as três sequências de peptídeos e a molécula de odor deu origem a assinaturas muito distintas. Isso confirmou que a resposta do GFET às moléculas de odor dependia do design do peptídeo.

Além disso, a equipe realizou medições elétricas em tempo real para monitorar a resposta cinética do GFET. As observações indicaram que a restrição de tempo associada à adsorção e dessorção de moléculas de odor era única para cada uma das sequências peptídicas. Esse comportamento foi posteriormente confirmado pela análise de componentes principais. Essas observações confirmaram que a nova configuração GFET foi bem-sucedida na detecção elétrica das moléculas de odor com a ajuda dos peptídeos projetados.

“Nossa abordagem é simples e pode ser ampliada para produção em massa de receptores olfativos baseados em peptídeos que podem imitar e miniaturizar os receptores de proteínas naturais responsáveis ​​por nosso olfato. Estamos um passo mais perto de concretizar o conceito de nariz eletrônico”, diz Prof Hayamizu.

A abordagem robusta apresentada neste estudo abre novas portas para o desenvolvimento de sistemas de detecção de odor baseados em GFET altamente seletivos e sensíveis. Essas percepções também podem ser usadas ao projetar sensores avançados de peptídeos que podem realizar análises multidimensionais de uma variedade de moléculas de odor.

Com informações de Science Daily.

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