Sodré GB Neto

A seguir um pequeno resumo do artigo cientifico que foi a palestra que fiz a respeito:

Olá galera tudo bem? Bom…. vou tentar falar sobre como funciona este sistema de nanossensores na detecção de diabetes . …Primeiro todos sabemos que os diabéticos apresentam alta taxa de glicose certo? As pessoas que não tem diabetes apresentam taxas normais (baixas) , e só tem altas taxas, por volta de meia hora após comerem, quando o sangue já absorveu os nutrientes contendo muito açucar , transferidos pelo intestino.

Bem, este novo sistema de detecção de glicose e acompanhamento dos diabéticos, faz o seguinte… por meio de uma tatuagem inteligente nos pacientes , contendo nanosensores os quais contem fluoróforos (que emitem luz dectável). Porem temos um problema, estes nanosensores poliméricos não se ligam a glicose… exceto …se eles forem ligados antes ao ácido borômico, feito isso , eles aplicam a tatuagem pois o efeito disso, é que quando nosso nanosensor polimérico , (agora ligante a glicose), se ligar a glicose, ele vai diminuir a emissão de luz. Desta forma , temos , a partir deste nanoscensor, um mecanismo de detecção de taxas baixas de glicose emitindo muita fluorescente de luz, versus taxas altas de glicose emitindo pouca luz porque esta emissão foi reprimida por nosso nanossensor. Legal né?

Vejam agora a imagem e reparem a diferença no tamanho da seta do resultado. Baixa glicose emissão de luz e alta glicose pouca emissão de luz (seta pequenina) Pausa para verificarem…

Nanosensors and nanomaterials for monitoring glucose in diabetes. -  Abstract - Europe PMC

Bem, agora vamos falar um pouco mais deste nanosensor de fluorescência, vou tentar explicar algumas superficialidades que consegui entender em como ele funciona.

Uma pergunta que julgo interessante é a seguinte: Por que é que, o nanossensor, ao se ligar a glicose, perde a fluorescência? Isto é muito interessante vejam. O nanosensor quando liga a glicose , se incha e isso faz afastar os fluorófaros, o que gera menor emissão de luz , devido ao efeito conhecido com “fluorescence resonance energy transfer (FRET)”, que observa a aproximação e afastamento de substância. E se nosso nanossensor incha quando se liga ao açucar , seus fluoróforos pendurados , vão se afastar , e distanciar um do outro, gerando incapacidade de emissão de luz por ressonância. Bom..foi isso que entendi, espero que o professor corrija alguma fala errada, muito obrigado pela atenção de todos vocês …




Hello everybody, How are you. I will try to talk about how this diabetes detection system works. … First we all know that diabetics have high blood glucose, right? People who do not have diabetes have normal (low) rates, and only have high rates, about half an hour after eating, when the blood has absorbed the nutrients transferred from the intestine.

Well, this new glucose detection and monitoring system for diabetics does the following… by means of a smart tattoo on patients, containing nanosensors that contain fluorophores (which emit detectable light). But we have a problem, these polymeric nanosensors don’t bind glucose… For that… they receive an incorporation of boric acid, and the boric acid can bind and capture the glucose. They apply the nanosensors in the form of a tattoo and monitor the light emission. The effect of this is that when our polymeric nanosensor binds to glucose (thanks to boric acid), it decreases light emission.

So, from this nanosensor, we have a mechanism to detect low levels of glucose, emitting a lot of fluorescent light, versus high levels of glucose emitting little light because this emission was suppressed by our nanosensor. That is, at low rates, the tattoo will appear emitting a lot, at high rates, the tattoo will fade. Cool huh?

Now look at the image and notice the difference in size of the result arrow. Low Glucose Light Emission and High Low Glucose Light Emission (small arrow)

Improving detection sharpness with Quantum Dot QDs

Still within this luminosity measurement, we have the quantum dots, ( Q …D… ) which are amazing nano semiconductors and were nicknamed “artificial atoms” because their energy is similar to that of an atom.

They can belong to several systems such as in the case of our tattoos, to increase luminosity and fluorescence, making the system more sharp, noticeable, detectable, despite having problems such as high cost (expensive), toxicity (we have cadmium QDs are quite toxic ).

Well, now let’s talk a little bit more about this fluorescence nanosensor, I’m going to try to explain just a scratch on how it works.

One question that I find interesting is the following: Why does the nanosensor, when it binds to glucose, lose its fluorescence? This is very interesting, see. When the nanosensor turns on the glucose, it swells, changing the size of the nanosensors and this pushes away the fluorophores, which generates less light emission, due to the effect known as FRET which stands for “fluorescence resonance energy transfer”, which is a measured to verify the amount of fluorescent energy transfer resonating in the system. And if our nanosensor swells when it binds to suck, its attached fluorophores will pull away from each other, increasing the distance between them, causing an inability to emit light through resonance. Well … that’s what I understood, I hope the teacher corrects some wrong speech on my part, thank you very much for your attention …

I understood that QDS quantum dots have luminescence and this part contents and solutions, inclusive solutions to increase detection since they emit light and coupled to a light emission system should increase even more

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Nanosensores e nanomateriais para monitorar a glicose emdiabetesKevin J. Cash e Heather A. Clark *Departamento de Ciências Farmacêuticas, Northeastern University, 110 Mugar Life SciencesEdifício, 360 Huntington Avenue, Boston, MA 02115ResumoEm todo o mundo, o diabetes é um problema de crescimento rápido que é gerenciado em nível individual pormonitorar e controlar os níveis de glicose no sangue para minimizar os efeitos negativos da doença.Por causa das limitações nos métodos de diagnóstico, esforços de pesquisa significativos estão focados emdesenvolver métodos melhorados para medir a glicose. A nanotecnologia impactou esses esforços poraumentando a área de superfície dos sensores, melhorando as propriedades catalíticas dos eletrodos efornecer sensores em nanoescala. Aqui, discutimos os desenvolvimentos nos últimos anos em ambosnanossensores que medem diretamente a glicose, bem como nanomateriais que melhoram o sensor de glicosefunção. Finalmente, discutimos os desafios que devem ser superados para aplicar esses desenvolvimentos noconsultório.Palavras-chaveBiossensor; Glicose oxidase; Oxidação direta; Ponto quântico; Nano-partícula; Nanosensor; Carbononanotubo; Tatuagem inteligente; Monitoramento contínuoMonitoramento de diabetes e glicose no sangueO diabetes é um problema de crescimento rápido, afetando atualmente 24 milhões de pessoas apenas nos Estados Unidos[1]. Este número pode aumentar para 44,1 milhões até 2034 com os custos de tratamento se aproximando$ 336 bilhões (em dólares de 2007) [2]. O diabetes pode levar a complicações graves comoamputações de membros inferiores, cegueira e doenças cardiovasculares [1]. Embora não haja curapara diabetes, os pacientes podem reduzir as complicações associadas à doença por meio de um controle rígidodos níveis de glicose no sangue [1].Para atingir o controle ideal, os pacientes devem monitorar seus níveis de glicose no sangue.Atualmente, isso requer que o paciente obtenha uma pequena amostra de sangue, geralmente por meio de um dedopicada. O sangue é colocado em uma tira de teste do sensor que é então lido por um aparelho eletrônico portátilleitor, que relata a concentração de glicose no sangue. Esses sensores são baseados emmedições eletroquímicas enzimáticas (Figura 1) com eletrodos impressos em tela [3] efornecer medições rápidas e precisas de glicose no sangue sem a necessidade de laboratórioanálise. No entanto, existem limitações para esta abordagem, incluindo amostragem dolorosa,análises não podem ser realizadas se o paciente estiver ocupado ( por exemplo, dormindo) e grandeflutuações entre os pontos de tempo de amostragem são perdidas [4,5]. Para ajudar a superar os problemas* Autor para correspondência: h.clark@neu.edu.Isenção de responsabilidade do editor: este é um arquivo PDF de um manuscrito não editado que foi aceito para publicação. Como um serviço ao nossoclientes, estamos fornecendo esta versão inicial do manuscrito. O manuscrito passará por revisão, composição e revisão dea prova resultante antes de ser publicada em sua forma citável final. Observe que, durante o processo de produção, os erros podem serdescobertos que podem afetar o conteúdo, e todas as isenções de responsabilidade legais que se aplicam ao jornal pertencem.NIH Public AccessManuscrito do AutorTrends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Publicado na forma final editada como:Trends Mol Med. 23 de setembro de 2010; 16 (12): 584–593. doi: 10.1016 / j.molmed.2010.08.002.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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com medição discreta de glicose no sangue, novos produtos comerciais se concentram emmedição de glicose (Caixa 1). Pesquisa de nanotecnologia em estágio inicial envolvendo nanosensorese os nanomateriais também são direcionados ao monitoramento contínuo (Quadro 2).Box 1Monitoramento contínuo de glicoseO monitoramento tradicional da glicose no sangue usa pontos de tempo de amostragem de sangue discretos duranteno decorrer de um dia. Para muitos diabéticos, isso fornece dados satisfatórios para o controle deníveis de glicose no sangue. No entanto, inerente a esta abordagem está o risco de negligenciarexcursões hipoglicêmicas e hiperglicêmicas entre os pontos de amostragem, bem como limitarValor preditivo. A figura apresenta um caso hipotético, demonstrando as limitações deamostragem de sangue discreta. Três das quatro medições estão perto de 100 mg / dL (ointervalo ideal), sem eventos hipoglicêmicos. No entanto, dados de monitoramento contínuoindica que um evento hipoglicêmico ocorreu entre os dois primeiros pontos de amostragem, quenão foi capturado com medidas discretas. Capturar este evento permitiria opaciente interceda e evite complicações, destacando as vantagens de um aumentofrequência de medição.Outra vantagem das medições contínuas é a estimativa da glicemia futuraníveis. Na figura, o nível de glicose no sangue do paciente está tendendo para baixo na última amostraapontar. Assim, o paciente poderia tomar medidas para limitar uma grande excursão do desejadoconcentração de glicose no sangue. Isso é especialmente importante se a tendência de glicose no sangue parao paciente está mudando rapidamente. Finalmente, esta abordagem também permite o monitoramento semintervenção do paciente, o que pode ser extremamente vantajoso durante o sono, quando o sanguea glicose pode cair perigosamente baixo [4].A tecnologia atual para monitoramento contínuo de glicose tem algumas desvantagens que têmimpediu a adoção generalizada para o controle do diabetes. Todos aprovados pela FDAdispositivos são sensores implantados, que têm uma vida útil máxima de vários dias parapor semana (em parte porque o sistema imunológico responde ao sensor como um corpo estranho).Como são implantados no tecido subcutâneo, esses sensores não coletam amostras de sangue diretamente,e isso pode levar a um atraso nas medições feitas durante os períodos de rápidamudanças de concentração. Este atraso foi estimado de vários minutos a quase 30minutos [4]. Além disso, os sensores de corrente devem ser calibrados e verificados contrapadrões, uma vez que são aprovados apenas para rastrear tendências nos níveis de glicose no sangue. Finalmente,sensores de corrente são caros e nem sempre são cobertos por planos de saúde, entãoesta tecnologia não foi amplamente adotada.Cash e ClarkPágina 2Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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Figura I.Monitoramento hipotético discreto versus contínuo da glicose. Amostras discretas (vermelhocaixas) são retiradas em intervalos de algumas horas. O monitoramento contínuo (círculos pretos) oferece maismedições frequentes das concentrações de glicose no sangue.Box 2Nanotecnologia para sensores de glicoseA nanotecnologia foi incorporada aos sensores de glicose usando doisabordagens. Em primeiro lugar, os sensores podem ser projetados usando componentes macro ou microescala (comocomo eletrodos, membranas e hardware de suporte), mas incorporam umsuperfície nanoestruturada ou um nanomaterial neste projeto. As propriedades em nanoescala deesses sistemas modificados têm várias vantagens, incluindo áreas de superfície mais altas (rendimentocorrentes maiores e respostas mais rápidas) e atividades catalíticas melhoradas. Esses sensores,devido ao seu tamanho, seriam implantados de forma semelhante à tecnologia atual se utilizados paramonitoramento contínuo. Assim, esses sensores podem ter as mesmas desvantagenscomo sensores de corrente, incluindo incrustação de sensor e diminuição da vida útil do sensor como resultado deresposta imune de corpo estranho.Em segundo lugar, as técnicas de nanofabricação podem gerar sensores de glicose que são em nanoescala emtodas as dimensões. Esses sensores oferecem algumas vantagens sobre os sensores tradicionais paramonitoramento contínuo: esses sensores seriam injetáveis, o que poderia levar a maisadministração fácil do sistema de detecção do que a abordagem de implantação atual.Além disso, devido ao pequeno tamanho desses sensores, eles poderiam potencialmente evitar oresposta de corpo estranho do sistema imunológico e, portanto, têm vida útil mais longa.No entanto, esses sensores são uma mudança radical dos atuais sensores de monitoramento contínuoe há poucos dados clínicos sobre esses sistemas, então mais pesquisas são necessárias antes que estesos nanossensores podem ser úteis para os pacientes.Uma característica definidora dos nanomateriais é que eles têm pelo menos uma dimensão estruturalna ordem de 100 nanômetros ou menos [6]. Nanomateriais e nanosensores oferecem algunsvantagens significativas devido ao seu pequeno tamanho. Razões de área de superfície / volume altas (permitindosinais maiores, melhor catálise e movimento mais rápido do analito através dos sensores) tambémcomo propriedades ópticas aprimoradas [fluorescência de ponto quântico, extinção de nanopartículas de ouro,espalhamento raman aprimorado por superfície (SERS)] representam benefícios significativos em relação à macroescalamateriais. Os pesquisadores usaram essas propriedades para melhorar a precisão, tamanho, vida útil eusabilidade de sensores para o tratamento de diabetes. Os nanossensores estão finalmente chegando aos estágiosde implementação comercial e clínica, o que esperançosamente permitirá um melhor tratamento parapacientes que sofrem de diabetes no futuro.Aqui, revisamos os desenvolvimentos recentes no campo de nanomateriais e nanosensores paracuidados com o diabetes. Uma revisão de Wang fornece uma visão geral do trabalho com glicose eletroquímicabiossensores (incluindo nanomateriais [3]); outra fonte excelente é uma revisão da Pickupsobre nanomedicina para o tratamento do diabetes e inclui uma seção sobre nanosensores [5]. Nóslimitar nossa discussão a sensores que incluem nanomateriais não biológicos ou que estão ligadosa nanoescala ( ou seja , excluímos sensores que compreendem apenas produtos químicos ou proteínas mutantes).Além disso, concentramos nossa discussão sobre biossensores eletroquímicos naqueles que foramaplicado a amostras clínicas. Para uma discussão adicional sobre biossensores eletroquímicos, consulte [7].Finalmente, embora a nanotecnologia tenha sido aplicada a outros alvos de diabetes ( por exemplo,autoanticorpos no diabetes tipo 1 [8] ou acetona como um possível diagnóstico no diabetes [9]), nósfoco na detecção de glicose.Cash e ClarkPágina 3Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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Nanomateriais para complementar os sensores atuaisA aplicação mais comum da nanotecnologia para sensores em diabetes é o uso denanomateriais para auxiliar na detecção eletroquímica enzimática padrão de glicose (Figura 1).A incorporação de nanomateriais nesses sensores oferece uma variedade de vantagens, incluindoárea de superfície aumentada, transferência de elétrons mais eficiente da enzima para o eletrodo e ocapacidade de incluir etapas catalíticas adicionais. Enquanto uma discussão detalhada de todos os possíveismodificações no eletrodo padrão seriam proibitivamente longas, destacamosavanços que demonstram a gama de opções de nanomateriais em sensores de glicose.A incorporação de nanotubos de carbono (CNT) é uma modificação altamente investigada paradetecção de glicose por eletrodo, em parte por causa das capacidades de transferência de elétrons dos CNTs comobem como a grande área de superfície. O eletrodo pode ser substituído por uma nanofibra altamente porosana qual a glicose oxidase é imobilizada [10]. Essa estrutura possui uma eletrônica muito superiorárea de superfície do que eletrodos de metal a granel e, consequentemente, podem imobilizar mais enzimas egerar sinais maiores. Outra abordagem é modificar os nanotubos com ummediador eletroquímico, como ferroceno, para melhorar a transferência de elétrons entre oenzima e o eletrodo [11].Os CNTs podem ser acoplados a outros nanomateriais ou polímeros para formar nanocompósitos paradetecção de glicose. Combinar CNTs com nanomateriais adicionais melhora aspectos comoatividade catalítica. Membranas de nanocompósitos foram recentemente fabricadas com camada pormontagem de camadas de CNTs e nanopartículas de ouro [12]. Abordagens semelhantes também combinaramCNTs com nanopartículas de metal de prata [13], platina [14] ou ouro / platina [15], bem comonão-metais como a sílica [16] ou compostos de sílica / óxido de ferro [17]. Membranas CNT podemser depositado em eletrodos nanoestruturados, como sílica revestida com alumina modificadaeletrodos [18] ou arranjos de nanotubos de dióxido de titânio (TiO 2 ) [19]. Outra forma decarbono nanoestruturado, nanofolhas de grafeno, foi utilizado como uma plataforma para apoiar aouro ou nanopartículas de ouro [20]. Nanocompósitos feitos de nanotubos e polímeros comocomo a celulose pode servir como uma matriz para aprisionamento de glicose oxidase (GOx) em um eletrodosuperfície [21].Uma variedade de eletrodos nanoestruturados fornecem melhorias em relação aos convencionaiseletrodos macroestruturados. Óxido de zinco implantado como nanofios [22] e arranjos de nanotubos[23,24] tem sido usado para detecção de glicose. Matrizes de nanofios fabricados em rutênio[25] e ouro [26] aumentaram a área de superfície e melhoraram a interrogação eletroquímicaem comparação com eletrodos convencionais. Além de criar recursos em nanoescala nosuperfície do eletrodo, a nanoestrutura pode ser gerada com nanopartículas. Ouro [27],nanopartículas de platina [28] e paládio [29] têm sido utilizadas em membranas para auxiliartransferência de elétrons e para aumentar a área de superfície do sensor.Nanopartículas magnéticas, comumente feitas de óxido de ferro, também têm sido usadas para a glicosesensores. Essas partículas podem ser combinadas com outros sistemas, como CNTs [17] ou usadas emseus próprios [30,31]. A natureza magnética dessas nanopartículas simplifica a montagem deNanopartículas marcadas com GOx no eletrodo [32], bem como permitindo a formação defios condutores de nanopartículas na superfície do eletrodo [33]. Em ambos os exemplos, opartículas foram atraídas para a superfície do eletrodo usando campos magnéticos, o que destaca umvantagem em utilizar nanopartículas magnéticas na fabricação de eletrodo de nanopartículasassembléias.Polímeros nanoestruturados podem melhorar o desenvolvimento de sensores de glicose. Esferas ocasde polímero condutor pode ser usado para transferir elétrons do GOx para o eletrodo [34].Eletrodos de polímero condutores podem ser usados ​​em um método semelhante a outros nanoestruturadossuperfícies, onde GOx é imobilizado diretamente no eletrodo modificado. Em um exemplo, oCash e ClarkPágina 4Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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superfície do eletrodo foi coberta com nanotubos de polianilina altamente ordenados, que têm GOximobilizado dentro dos tubos [35]. O uso de polímeros apresenta uma gama de diferentespropriedades eletroquímicas, incluindo operação em potenciais variáveis. O uso de diferentespotenciais ajudam a minimizar a interferência eletroquímica de eletroativos comunscompostos no sangue (por exemplo, paracetamol, ácido ascórbico e ácido úrico) que podem causarsinais inespecíficos com abordagens de detecção eletroquímica padrão.Como o objetivo da pesquisa para melhorar os sensores é ajudar os pacientes com diabetes, um importantefator a ser considerado ao avaliar os sensores de nanomateriais é se eles funcionam na clínicaamostras. Todos os sensores discutidos foram, no mínimo, testados em um sistema com buffercom glicose; muitos foram testados com interferentes; e a maioria tem melhor desempenho do quesensores padrão como resultado dos nanomateriais usados. No entanto, surpreendentemente poucos foramtestado em amostras clínicas ( ou seja, sangue ou soro). Os grupos de pesquisa relatando testes emas amostras clínicas descrevem uma sensibilidade comparável às técnicas de teste convencionais[12,13,15,16,28–30,32,35], o que é promissor para futuras aplicações desses sensores (verTabela 1 para mais detalhes sobre esses sensores). O teste em amostras clínicas é apenas a primeira etapaem provar a utilidade da aplicação de nanomateriais, e muito pouca pesquisa tem sidorealizada para demonstrar aumentos de custo-benefício em atributos positivos quando comparados coma abordagem padrão de detecção de glicose.Nanomateriais para a oxidação direta de glicoseO acoplamento de elementos de reconhecimento biológico com eletroquímica aumenta a seletividade esensibilidade dos sensores e explica a popularidade desta abordagem e asucesso de sensores baseados em proteínas. Apesar dessas vantagens, existem várias desvantagensa sensores com base no reconhecimento biológico, incluindo a estabilidade intrinsecamente mais pobre quandoem comparação com sistemas não biológicos. Como resultado dessa limitação, muitos grupos de pesquisatêm se concentrado no desenvolvimento de ensaios de detecção de glicose que não dependem de uma proteínapara reconhecimento e, como resultado, poderia ter tempos de armazenamento mais longos.Uma das áreas mais pesquisadas em sensores de glicose não enzimáticos é a detecção deoxidação de glicose diretamente em um eletrodo. Este método também tem várias limitações, comocinética de reação lenta e a necessidade de um grande potencial aplicado, o que diminui a especificidade[36]. Os nanomateriais ajudaram a superar essas limitações e, assim, permitiram que odesenvolvimento de sensores de glicose de oxidação direta como substitutos para o reconhecimento biológicosensores.O progresso recente neste campo pode ser aproximadamente categorizado com base no nanomaterial usado emos sensores. A detecção de glicose foi demonstrada usando cobre e óxido de cobrenanofios [37], filmes porosos [38], bem como nanoflores e nanobastões [39]. Nanoestruturadoóxido de cobre / oxalato de cobre também tem sido empregado [40]. Detectando a oxidação direta dea glicose, entretanto, não requer cobre. Nanopartículas compostas de prata [41], ouro [42],níquel [43] e níquel / paládio [44] e outras nanoestruturas, como nanofios de ouro [45],nanocompósitos de hidróxido de níquel [46], nanobastões de diamante dopado com boro [47] e platina /redes nanoporosas de chumbo [48] foram relatadas. Finalmente, a inclusão de carbononanomateriais em construções de sensores melhoram o desempenho do sensor; nanopartículas de metalincorporado com nanofibras de carbono [49,50] ou nanotubos [36,50-54], dopado com flúornanotubos [55] e nanotubos funcionalizados com ácido borônico [56], todos têm oxidação aprimoradacaracterísticas (por exemplo, potencial de trabalho ou sensibilidade) quando comparadas com a oxidação diretasistemas com um eletrodo não modificado.Vários dos sensores diretos de oxidação de glicose atuam em amostras biológicas[36,40,42,46,51,52,55] (consulte a Tabela 1 para obter mais detalhes sobre esses sensores). Muitos dessesCash e ClarkPágina 5Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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os sensores funcionam em pH alto, provavelmente impedindo aplicações in vivo ; no entanto, Meng ecolegas [51] mostraram que um sistema de nanopartículas de paládio / CNT pode funcionar emsolução salina tamponada com fosfato a pH 7,4, bem como em amostras clínicas diluídas com este tampão,mostrando o potencial para futuras aplicações in vivo . Os nanomateriais empregados nestessensores permitiram propriedades eletroquímicas significativamente melhoradas, comopotenciais de trabalho, maior sensibilidade e melhores limites de detecção. No entanto, elesprovavelmente não verá muita utilidade em ambientes clínicos sem um trabalho significativo para melhorar seuscapacidade de funcionar em amostras não diluídas, como as obtidas rotineiramente pelos pacientes.Outros métodos eletroquímicos de detecçãoSensores baseados em nanomateriais também podem ser projetados para detectar glicose por meio de mudanças no pH oucarga, geralmente através de um transistor de efeito de campo (FET). Esses dispositivos medem uma propriedade donanomaterial (como condutância) que é afetado por cargas perto da superfície do sensorou o pH do solvente. Conforme a concentração de glicose muda, a carga perto dosuperfície ou o pH muda como resultado de uma reação enzimática ou ligação competitiva,fazendo com que o sensor registre uma alteração na propriedade medida. Isso permite indiretaquantificação da concentração de glicose, embora as mudanças de pH na solução em massa possam afetara resposta medida.A quebra da glicose catalisada por GOx diminui o pH da solução ao liberar hidrogênioíons e gera cargas negativas ao produzir o íon gluconato. Risveden ecolegas usaram um transistor de efeito de campo sensível a íons seletivos de região (RISFET) para detectargeração de gluconato para quantificar as concentrações de glicose [57]. O RISFET focao gluconato entre os eletrodos de detecção, e o aumento na corrente é proporcional aa quantidade de glicose presente. A montagem camada por camada de CNTs com GOx permite omudança no pH gerado pela degradação da glicose a ser monitorado pela medição domudanças de condutância na camada CNT [58]. Nanopartículas modificadas também podem melhorar osensibilidade de estruturas capacitivas de eletrólito-isolador-semicondutor (EIS). O uso denanopartículas de ouro modificadas com GOx e ferroceno melhoraram a sensibilidade quase dois-dobre sobre as nanopartículas modificadas apenas com GOx [59]. Além de usar GOx para reconhecerglicose, outras proteínas como a concanavalina A (ConA), uma lectina vegetal que se ligapolissacarídeo, pode ser usado em plataformas de detecção de FET. Um FET baseado em CNT rotulado com opolissacarídeo dextrano detectou uma mudança na resistência após a ligação, ou na presença deglicose, deslocamento de ConA com limites de detecção picomolar [60]. Embora inadequadopara detecção de glicose no sangue ou fluido intersticial, isso pode ser valioso para o teste emcenários alternativos ou fluidos onde a concentração de glicose é muito baixa e tem sidodemonstrado em plasma incrementado (Tabela 1).Além de métodos baseados em resistência e condutância, outras medições eletrônicas podemser usado para detecção de glicose. Na presença de glicose, deslocamento de dextrana de ConA,imobilizado em um eletrodo revestido com nanopartículas de ouro, muda a capacitância emo eletrodo [61]. Eletrodos íon-seletivos podem, potenciometricamente, medir íons de prata livres(Ag + ), que são liberados das nanopartículas de prata na presença de peróxido de hidrogêniogerado por GOx [62]. Finalmente, a glicose pode ser detectada por eletroquimioluminescência apósoxidação de glicose em nanotubos funcionalizados com nanopartículas de paládio, embora com umintervalo linear de detecção várias ordens de magnitude abaixo da glicose sangüínea fisiológicaconcentração [63].Os nanomateriais e as técnicas de nanofabricação empregadas nessas arquiteturas de sensoresmelhorar a sensibilidade, bem como produzir limites de detecção extremamente baixos. Embora muito baixopara aplicações em amostras clínicas diretas, podem ser úteis em outros cenários de testeou quando combinado com métodos para aumentar a faixa de trabalho para níveis fisiológicos.Cash e ClarkPágina 6Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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Embora um sensor tenha sido demonstrado em plasma humano dopado com níveis extremamente baixosconcentrações de glicose [60], há poucas pesquisas sobre a aplicabilidade clínica deesses sensores ou melhorias em relação aos sensores comerciais para o cuidado de pacientes com diabetes.Nanossensores poliméricos fluorescentesAs tecnologias de detecção eletroquímica representam uma grande parte da pesquisa em glicosedetecção e dominar o campo de sensores disponíveis comercialmente. No entanto, para in vivomonitoramento contínuo, os sensores baseados em fluorescência oferecem várias vantagens. Chefe entreeles é a capacidade de interrogar opticamente os sensores através da pele, em vez de ter umsistema de eletrodos implantado. Esta abordagem muitas vezes envolve uma “tatuagem inteligente” para o paciente, comosensores seriam implantados na pele do paciente semelhantes às tatuagens regulares (Figura 2).No entanto, ao contrário das tatuagens normais, essas tatuagens inteligentes seriam apenas temporárias e seriamprecisam ser substituídos na escala de tempo de semanas a meses para contabilizar a migração do sensore perda de sinal devido à degradação. Os sensores mudariam as propriedades de fluorescênciaem resposta à glicose no sangue, e essa mudança pode ser lida por meio de interrogatório ópticoatravés da pele. Este método eliminaria ou reduziria a necessidade de os pacientes tomarem sangueamostras enquanto permite que os dados sejam coletados de uma maneira mais contínua. Isso tambémminimiza as chances de infecção no local de implantação e evita outras complicaçõesde dispositivos implantados, como a formação de cápsulas e as diminuições associadas na glicosetransporte [64].Com este objetivo em mente, uma variedade de tecnologias de nanosensores foram desenvolvidas usandosinais de fluorescência. Vários desses sensores são baseados em nanosensores poliméricos que incorporamderivados do ácido borônico para reconhecer a glicose. Nanoesferas com base em N-isopropilacrilamidacontendo um derivado de ácido fenil-borônico ligado covalentemente, bem como doisfluoróforos foram sintetizados [65]. Na ausência de açúcar, as nanoesferas são pequenas,mantendo os fluoróforos juntos e permitindo energia de ressonância Förster eficientetransferência (FRET). Após a ligação do açúcar ao ácido borônico, o polímero incha, aumentando odistância média entre os fluoróforos. Isso diminui FRET, o que aumenta o doadorfluorescência e diminui a fluorescência aceitadora. Esta abordagem foi subsequentementemelhorado (tempos de resposta mais rápidos, grandes e reversíveis mudanças de sinal fisiológicointervalos de concentração) usando vários derivados de ácido borônico e alterando oconcentrações de fluoróforos usados ​​[66].Nanossensores fluorescentes também foram desenvolvidos com base em hidrofóbicos altamente plastificadospolímeros [67] (Figura 2b, Tabela 2). Um ácido borônico hidrofóbico capaz de extraira glicose foi incorporada ao núcleo do nanossensor. O corante contendo diol, alizarina,foi usado como o grupo de relatório. Na ausência de glicose, o ácido borônico se liga aoalizarina não fluorescente, gerando um complexo fluorescente. Na presença de glicose,o ácido borônico se liga à glicose, liberando alizarina e diminuindo a fluorescência geral. Como tudo deos componentes são hidrofóbicos, eles permanecem no núcleo do sensor, fazendo com que os sensoresreversível, o que é essencial para o monitoramento contínuo da glicose. É importante ressaltar que esses sensorestêm sido usados ​​para monitorar a glicose no sangue de camundongos in vivo e podem rastrear a glicose no sangueem toda a faixa fisiológica (de 66 mg / decilitro (dL) ou 3,7 mM a 427 mg / dL ou23,7 mM) [67]. Assim, esses nanosensores representam um passo para o desenvolvimento de um“Tatuagem inteligente” para monitoramento de glicose.A nanotecnologia também pode facilitar o desenvolvimento de “tatuagens inteligentes” usando microesferas emalém de sensores em nanoescala. Por exemplo, proteínas de ligação de glicose / galactose podem serincorporado na superfície de uma microesfera usando montagem camada por camada de um nanofilme paraencapsular os componentes [68]. A intensidade da fluorescência e o tempo de vida do fluorescenteproteína e as esferas mudam em resposta à glicose, embora isso tenha sido demonstradoCash e ClarkPágina 7Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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no intervalo de concentração inferior ao intervalo clinicamente relevante. O trabalho futuro deve serdirigido para traduzir a sensibilidade desta tecnologia para a faixa fisiológica.O GOx cataliticamente inativo foi usado como um elemento de reconhecimento dentro de camada por camadananofilmes montados [69-70]. Esses filmes foram montados em manganês solúvelmicroesferas de carbonato e, em seguida, a microesfera interna foi dissolvida, deixando onanofilme atrás. O GOx modificado, rotulado com um corante, e dextrano, rotulado com umquencher, foram então carregados através do nanofilme. Após a exposição à glicose, o dextranoe GOx se separam e a fluorescência aumenta. Após a remoção da glicose, este processo éinvertido porque ambos os componentes estão contidos dentro do nanofilme; portanto, este é um reversívelsensor. Trabalhos posteriores expandiram este conceito para microesferas de alginato [71]. É importante ressaltar que estetrabalho faz uso de fluoróforos infravermelhos próximos, o que oferece uma vantagem para in vivoaplicação, uma vez que o sinal de fundo do tecido e fluidos biológicos é minimizado, permitindoimagem mais fácil através da pele. A montagem camada por camada também foi usada para fabricarShell de fio molecular GOx em torno de nanopartículas de ouro [72]. Usando o ósmio molecularfios, Scodeller e colegas demonstraram mudanças dependentes de glicose no ressonanteSinais Raman, que foram amplificados pela presença das nanopartículas de ouro através deSERS [72]. Barone e seus colegas utilizaram nanomateriais para gerar uma “tatuagem inteligente”. Elasfabricou um hidrogel contendo um GOx modificado, o que fez com que o hidrogel mudasseconformação interna. Esta mudança foi medida através da fluorescência de embutidosCNTs, produzindo excelentes alterações de sinal com resposta à glicose em sistemas tamponados. Elastambém demonstrou excelente sinal para imagem de ruído dos hidrogéis (sem a glicoseelemento responsivo) em ratos usando um microscópio padrão [73]. Nanotubos como fluoróforostêm dois atributos importantes para aplicação in vivo : eles têm fluorescência infravermelha próximae eles não fotodegradam (permitindo imagens mais fáceis e vidas úteis mais longas). O mesmogrupo também demonstrou uma abordagem de sensor com base na agregação controlada de glicose de CNT(rotulado com um análogo de glicose) em ConA. Como os agregados têm fluorescência diferentedo que os CNTs livres, a detecção de glicose é possível através da medição da fluorescência do CNTmudar [74]. Este sistema pode ser encapsulado em um capilar de microdiálise para implantaçãoe imagem, embora uma faixa dinâmica mais ampla seja necessária antes da aplicação clínica [75]. Doobserve que este grupo também discute o futuro custo potencial de fabricação desses sensores,descobrindo que os custos provavelmente serão semelhantes aos dispositivos atuais [75].Essas abordagens de “tatuagem inteligente” são uma grande mudança em relação aos atuais eletroquímicossensores de glicose, bem como das abordagens eletroquímicas de nanomateriais. Eles oferecem ocapacidade de medir a glicose através da pele, permitindo o monitoramento contínuo com menosabordagem invasiva. Além disso, muitos desses sensores não seriam possíveis semnanomateriais ou técnicas de nanofabricação. O tamanho nanométrico de alguns dos sensores também podeevitar os efeitos do sistema imunológico, bem como facilitar a injeção eventual, embora ambosatributos exigirão futuros estudos laboratoriais e clínicos. Esta categoria de sensoresdemonstra as possibilidades de avanço dos sensores de glicose por meio do uso denanotecnologia.Pontos quânticos em sensores de glicoseAlém de utilizar nanomateriais para encapsular os componentes do sensor, os nanomateriais podemser agentes funcionais na arquitetura do sensor. Pontos quânticos semicondutores (QDs) têmexcelentes propriedades ópticas para uso em sensores, como picos estreitos de fluorescência efotodegradação mínima. No entanto, os próprios QDs não interagem com a glicose, eportanto, não tem capacidade de reconhecimento inerente e deve ser acoplado a um elemento de reconhecimento paraimplementação bem-sucedida. Vários grupos de pesquisa acoplaram telureto de cádmio (CdTe)QDs com GOx para fabricar sistemas de detecção semelhantes ao mostrado na Figura 3a. oluminescência desses QDs é extinta pelo peróxido de hidrogênio gerado pela enzimana presença de glicose. Amarrando a enzima diretamente a um CdTe QD [76] ou usandoCash e ClarkPágina 8Trends Mol Med . Manuscrito do autor; disponível no PMC em 1º de dezembro de 2011.Manuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PAManuscrito do Autor do NIH-PA


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montagem por camada para formar um nanofilme de CdTe QDs coberto por um nanofilme de GOx [77]permite a detecção óptica rápida de glicose. Na verdade, a abordagem do nanofilme permitequantificação de amostras de soro [77]. Conjugação direta de GOx com dopado com manganêssulfeto de zinco (ZnS) QDs também gerou um sensor capaz de detectar glicose em amostras clínicas[78]. Da mesma forma, a fosforescência dos nanocompósitos de TiO 2 / dióxido de silício (SiO 2 ) éextinta por peróxido, e o acoplamento com GOx permite a detecção de glicose no sorocomparável aos métodos de detecção atuais [79].Essas abordagens podem ser aplicadas com elementos de reconhecimento diferentes de GOx. ConA tambémreconhece glicose e pode ser ligado a QDs. No entanto, após o reconhecimento de glicose, nãoo peróxido é gerado, então outro mecanismo de extinção de fluorescência deve ser usado. Paraexemplo, a adição de nanopartículas de ouro marcadas com extinção de β-ciclodextrina (β-CD)fluorescência por FRET, como β-CD se liga a ConA, trazendo a nanopartícula perto do QD[80]. A glicose pode deslocar o β-CD, o que aumenta a fluorescência QD, mesmo na clínicaamostras. Os ácidos borônicos também podem ser anexados a um QD para detectar glicose; em um exemplo, umaçúcar marcado com fluoróforo foi usado como o inibidor à base de FRET de um seleneto de cádmio /ZnS QD [81] (semelhante à Figura 3b).Os QDs também podem ser usados ​​como um sinal de referência. Uma demonstração dessa abordagem usa um filmede QDs como referência, que é coberto por um filme de corante responsivo a oxigênio e, finalmente, umCamada GOx [82]. O sinal do corante responsivo ao oxigênio muda com a glicoseconcentração como atividade GOx localmente esgota o oxigênio, enquanto o sinal do QDspermanece constante. Isso permite a quantificação colorimétrica das concentrações de glicose nofaixa hipoglicêmica. Os QDs também podem auxiliar os biossensores de glicose amperométrica [83]. Sobre UVirradiação, QDs de sulfeto de cádmio podem gerar pares de elétron-buraco. Usando uma membranacontendo nanopartículas de platina para auxiliar na extração do elétron, esses QDs aumentamo sinal eletroquímico obtido a partir da detecção de glicose GOx com a aplicação deLuz ultravioleta, produzindo uma resposta de corrente mais sensível à glicose. No entanto, o uso de UVa luz impediria a maioria das aplicações em amostras biológicas devido à grande absorbância de UVde proteínas. Finalmente, embora não seja baseado em QDs, nanopartículas luminescentes de sílica comcomplexos de európio embutidos podem detectar glicose por meio de interações entre glicose eeurópio; a interação direta desloca as moléculas de água, que extinguem a fluorescência [84].Esta abordagem produz aumentos na fluorescência com detecção de glicose e, devido em parte aas propriedades ópticas do európio, permite a quantificação precisa em amostras clínicas.Como uma substituição para os sensores eletroquímicos atuais, os sensores fluorescentes baseados em QDs irãoprovavelmente será mais caro. No entanto, essas abordagens também podem ser convertidas em “inteligentestatuagem ”através de implantação na pele, produzindo os benefícios descritos acima. Doclaro, a implantação no corpo exigiria testes de toxicidade rigorosos por causa depossíveis problemas com partículas contendo cádmio. Para implantação de alguns dossistemas (como o deslocamento de β-CD [80] ou um açúcar rotulado [81]), eles devem primeiro serencapsulado para permitir a sinalização reversível. QDs também têm propriedades ópticas ideais para longosimplantação do termo (ou seja, eles não irão fotodegradação com o tempo), e muitos dossistemas [77-80,82,84] foram demonstrados em amostras clínicas (Tabela 2), o que é um presságiobem para uso futuro in vivo .

“O PVA é um polímero sintético solúvel em água, não tóxico e biodegradável. E os pontos quânticos de grafeno foram preparados usando como precursor o ácido cítrico, um componente de ocorrência natural em frutas”, Bruno Manzolli Rodrigues,

Para produzir os pontos quânticos, os pesquisadores carbonizaram moléculas de ácido cítrico, gerando nanopartículas de grafeno estabilizadas em solução aquosa.

O pesquisador explicou que, pelo fato de serem muito pequenas, da ordem de 2 a 5 nanômetros, essas nanopartículas apresentam excelentes propriedades ópticas e eletrônicas, que são resultantes de confinamentos quânticos e efeitos de fronteira.

“Por ser nanofibroso, o material apresenta uma área superficial muito grande, que lhe possibilita imobilizar enzimas em sua superfície. No caso, a enzima de interesse é a glucoseoxidase, bastante seletiva para moléculas de glicose. Uma vez que a enzima esteja imobilizada no material, este, em solução, passa a reagir com moléculas de glicose. E o produto liberado pela reação da enzima com a glicose é o peróxido de hidrogênio [H2O2], que penetra nos poros das nanofibras e suprime a fluorescência dos pontos quânticos”, explicou Rodrigues.

Assim, quanto mais glicose, mais peróxido e menos fluorescência. De modo que se torna possível construir uma escala quantitativa, correlacionando inversamente fluorescência e concentração de glicose. “De 1 a 10 micromols, a correlação glicose-fluorescência mostrou-se linear. E o material foi muito efetivo para detectá-la. O limite de detecção foi de 12 micromols”

Glucose sensing via a green and low-cost platform from electrospun poly (vinyl alcohol)/graphene quantum dots fibers pode ser acessado em http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785319300434?via%3Dihub.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1471491410001140
“nanossensores poliméricos fluorescentesAs tecnologias de detecção eletroquímica representam uma grande parte da pesquisa em glicosedetecção e dominar o campo de sensores disponíveis comercialmente. No entanto, para in vivomonitoramento contínuo, os sensores baseados em fluorescência oferecem várias vantagens. Chefe entreeles é a capacidade de interrogar opticamente os sensores através da pele, em vez de ter umsistema de eletrodos implantado. Esta abordagem muitas vezes envolve uma “tatuagem inteligente” para o paciente, comosensores seriam implantados na pele do paciente semelhantes às tatuagens regulares (Figura 2).No entanto, ao contrário das tatuagens normais, essas tatuagens inteligentes seriam apenas temporárias e seriamprecisam ser substituídos na escala de tempo de semanas a meses para contabilizar a migração do sensore perda de sinal devido à degradação. Os sensores mudariam as propriedades de fluorescênciaem resposta à glicose no sangue, e essa mudança pode ser lida por meio de interrogatório ópticoatravés da pele. Este método eliminaria ou reduziria a necessidade de os pacientes tomarem sangueamostras enquanto permite que os dados sejam coletados de uma maneira mais contínua. Isso tambémminimiza as chances de infecção no local de implantação e evita outras complicaçõesde dispositivos implantados, como a formação de cápsulas e as diminuições associadas na glicosetransporte [64].Com este objetivo em mente, uma variedade de tecnologias de nanosensores foram desenvolvidas usandosinais de fluorescência. Vários desses sensores são baseados em nanosensores poliméricos que incorporamderivados do ácido borônico para reconhecer a glicose. Nanoesferas com base em N-isopropilacrilamidacontendo um derivado de ácido fenil-borônico ligado covalentemente, bem como doisfluoróforos foram sintetizados [65]. Na ausência de açúcar, as nanoesferas são pequenas,mantendo os fluoróforos juntos e permitindo energia de ressonância Förster eficientetransferência (FRET). Após a ligação do açúcar ao ácido borônico, o polímero incha, aumentando odistância média entre os fluoróforos. Isso diminui FRET, o que aumenta o doadorfluorescência e diminui a fluorescência aceitadora. Esta abordagem foi subsequentementemelhorado (tempos de resposta mais rápidos, grandes e reversíveis mudanças de sinal fisiológicointervalos de concentração) usando vários derivados de ácido borônico e alterando oconcentrações de fluoróforos usados ​​[66].”


Nanosensors for diagnosis with optical, electric and mechanical transducers  - RSC Advances (RSC Publishing)
Fluorescent nanomaterials combined with molecular imprinting polymer:  synthesis, analytical applications, and challenges | SpringerLink
How to track and trace a protein: Nanosensors monitor intracellular  deliveries

Pesquisadores do Biozentrum da Universidade de Basel desenvolveram um método para rastrear o movimento das proteínas dentro da célula. Eles marcaram proteínas com minúsculos nanosensores, os chamados nanocorpos, que permitem aos cientistas rastrear e rastrear o caminho das proteínas através da célula. O método descrito na edição atual do PNAS é adequado para uma ampla gama de propósitos de pesquisa. https://phys.org/news/2018-06-track-protein-nanosensors-intracellular-deliveries.html