Biosensor Magnetoelástico para a Detecção de Escherichia coli

XXIII Encontro de Jovens Pesquisadores
V Mostra Acadêmica de Inovação e Tecnologia
BIOSENSORES MAGNETOELÁSTICOS PARA A
DETECÇÃO DE Escherichia coli
PIBIC/CNPq
SENMAG - Marcele Ulian Triaca, André L. Possan, Caroline Menti, Mateus Beltrami,
Mariana R. Ely , Frank Patrick Missell (Orientador)
Introdução
Presentes no organismo humano e animal, em vegetais e no meio ambiente, a Escherichia coli é uma bactéria bacilar gram-negativa que
pode crescer em meios aeróbios e anaeróbios. É caracterizada como um patógeno facultativo que em grandes quantidades no organismo
causa infecções no sistema urinário e digestivo. Seu controle e detecção são de extrema importância para a marcação de coliformes fecais,
que quando quantificados determinam a qualidade da água, alimentos e de ambientes hospitalares.
Existem diferentes métodos, como o Elisa, PCR e cultura, que possibilitam a detecção e contagem dessas bactérias, no entanto todos são
métodos de alto custo e/ou que demandam tempo para apresentar os resultados. Por se tratar de um assunto de extrema relevância,
desenvolveu-se o estudo com biosensores magnetoelásticos para a detecção de E. coli, que apresenta resultados em aproximadamente 30
minutos de análise.
Os biosensores são sensores magnetoelásticos relacionados a componentes biológicos, que permitem detectar um analito. O sensor
magnetoelástico é uma liga metálica ferromagnética da Metglas 2826MB3, composta por ferro, níquel, molibdênio e boro, que possui uma
frequência de ressonância característica ao seu comprimento. Esta frequência pode ser determinada remotamente por técnicas magnéticas.
Seu funcionamento está baseado no efeito da magnetoestricção, propriedade magnética onde o sensor é submetido a um campo magnético
externo e seus domínios são forçados a se alinhar com o campo, alterando seu comprimento. Se uma massa for adicionada sobre a fita, a
frequência de vibração é reduzida. Essa variação entre as medidas da fita limpa e do biosensor contaminado, possibilita a detecção e
quantificação das bactérias, através da sua relação teórica com a variação de massa.
Objetivo
Detectar a presença da bactéria Escherichia coli utilizando
biosensores magnetoelásticos. Este permitirá confirmar a existência
de coliformes fecais de forma rápida quando comparado aos
métodos convencionais.
Metodologia
As fitas magnetoelásticas utilizadas são recobertas, uniformemente,
por camadas nanométricas de Ouro (Au) intermediadas por
camadas de Cromo (Cr), o qual atuará como ligante entre a fita e o
Au. Este serve também como camada protetora contra a oxidação
do metal e como ligante às biocamadas. Após a deposição do
material, o sensor é dimensionado por um corte a serra, para
apresentar 5 mm de comprimento, 1 mm de largura e 28 µm de
espessura.
Os sensores bioativos são posicionados dentro de um Eppendorf,
onde são preparados para receber a bactéria. Adiciona-se cistamina
(CYS) para a formação das monocamadas auto organizadas, que se
ligam ao Au. Seguido da adição do anticorpo especifico da E. coli.
Dessa forma obtém-se um bioconjugado. As etapas descritas são
intercaladas por lavagens, garantindo que fique sobre o sensor
somente o que estiver verdadeiramente ligado.
Por fim uma solução que contém a bactéria alvo, E. coli, é injetada
sobre o sensor. O Eppendorf que contém o biosensor é posicionado
no pick-up coil de um pequeno solenoide, o qual está conectado a
um analisador de redes que emitirá um sinal de corrente alternada, e
excitará o sensor. Um campo externo de corrente continua também
é aplicado sobre o sistema para ampliar a magnitude do pico de
ressonância lido.
A frequência de ressonância do sensor na presença de bactérias é
reduzida, compara-se então esta com a frequência de vibração
padrão (sem bactéria).
Diferentes diluições de bactérias foram testadas sobre o sensor e
medidas de frequência de ressonância foram realizadas por 100
minutos em triplicata. Os dados coletados são tratados através de
tabelas, cálculos e gráficos para uma melhor visualização de
resultados.
Testes de imunofluorescência também são realizados para
comprovar que a massa detectada pela variação de frequência,
corresponde a presença de Escherichia coli.
Resultados e Discussão
As primeiras analises com diferentes diluições de bactérias, podem
ser visualizadas na Figura 1, que apresenta melhores resultados
para soluções mais concentradas.
Figura 1: Variação da frequência de ressonância em função do tempo para
diferentes diluições de E. coli. a) Diluição 1.10−1 . b) Diluição 1.10−4 . c) Diluição1.10−6
A Figura 2 confirma a presença de E. coli para a leitura de cinco
biosensores.
Figura 2: Variação da frequência de ressonância versus tempo para a menor diluição
de E. coli.
As Figuras 3 e 4 confirmam a presença de E. coli sobre o biosensor
através das imagens de microscopia de fluorescência por método
imunológico.
Fig. 3: Microscopia de fluorescência
para confirmação de E. coli.
Fig. 4: Microscopia de fluorescência para
confirmação de E. coli, superfície polida.
Conclusão
O biosensor, por sua vez, mostrou-se um sistema de leitura muito
eficiente para a detecção de bactérias, como apresentado para a
Escherichia coli, através das medidas de frequência de ressonância
aliadas a mudança de massa.
A rápida confirmação da presença de bactérias são de extrema
importância nos setores hospitalar e alimentício, já que a falta desse
controle pode desencadear uma série de doenças no organismo. O
estudo apresentado apresenta resultados em cerca de 30 minutos.
Referências Bibliograficas
A. L. Possan, “Biosensor Magnetoelástico para a Detecção de Escherichia coli”,. Caxias
do Sul, 2015.