Jul 01, 2023
Um romance, baixo
Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 12084 (2023) Cite este artigo 278 Detalhes das métricas de acesso A detecção rápida e precisa da carga biológica tornou-se cada vez mais necessária para alimentação, saúde,
Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12084 (2023) Citar este artigo
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Detalhes das métricas
A detecção rápida e precisa da carga biológica tornou-se cada vez mais necessária para aplicações alimentares, de saúde, farmacêuticas e ambientais. Para detectar a carga biológica com precisão e de maneira altamente sensível, fabricamos um novo dispositivo microfluídico com um filtro integrado para capturar as células. A carga biológica é detectada no papel de filtro in situ usando a reação redox do marcador fluorescente resorufina e um fluorômetro multicanal portátil é usado para medição de fluorescência. O dispositivo microfluídico foi fabricado de maneira fácil, de baixo custo e rápida, com ligação termicamente assistida induzida por micro-ondas. Para caracterizar a qualidade de ligação dos cassetes microfluídicos, foram realizados diferentes testes e o material e o tamanho do papel de filtro foram otimizados. Amostras bacterianas de cultura primária de Bacillus subtilis foram filtradas através do dispositivo para validar e investigar os parâmetros de desempenho. Nossos resultados mostram que um limite de detecção (LOD) de 0,037 UFC/mL pode ser alcançado através deste dispositivo microfluídico, enquanto o LOD em um cassete microfluídico normal no fluorômetro e no espectrofotômetro padrão ouro são 0,378 e 0,128 UFC/mL, respectivamente. Os resultados mostram que uma melhoria de LOD de três a dez vezes é possível através deste cassete microfluídico e uma detecção mais sensível é possível dependendo do volume filtrado em um rápido período de 3 minutos. Este novo dispositivo microfluídico, juntamente com o fluorômetro, pode ser usado como uma ferramenta portátil rápida para detecção bacteriana altamente sensível, precisa e de alto rendimento para diferentes aplicações.
Milhões de pessoas adoecem e morrem devido à contaminação de alimentos, água ou medicamentos todos os anos1. Uma carga global de doenças de 45% é atribuída à carga biológica, de acordo com a Organização Mundial da Saúde2. Na fabricação de produtos biofarmacêuticos, a contaminação associada à carga biológica também é uma grande preocupação3. Como resultado, os dispositivos de diagnóstico tornaram-se cada vez mais importantes para identificar bactérias e as suas susceptibilidades aos antibióticos4,5. Para a detecção de biocargas, existem muitos métodos analíticos disponíveis – bioluminescência de trifosfato de adenosina6, citometria de fluxo7, amplificação de ácidos nucleicos8, respiração7, métodos de impedância8 e detecção de anticorpos7, para mencionar apenas alguns. A maioria das técnicas de detecção requer um tempo relativamente longo para detecção (3 horas a 7 dias)9. Além disso, quando as taxas de detecção são suficientemente rápidas, o custo e a sensibilidade tornam-se limitações10,11,12. Atualmente, os ensaios de viabilidade celular são frequentemente usados no desenvolvimento de medicamentos para estudar fatores de crescimento, citocinas e agentes citotóxicos que são capazes de detectar rapidamente células e bactérias viáveis. Nos últimos anos, a resazurina tem sido usada em medições de viabilidade celular para medir a redução da oxidação de uma determinada amostra. Para detectar a carga biológica rapidamente e de maneira sensível, nosso estudo anterior demonstrou o uso de um fluorômetro portátil alimentado por USB para detectar células viáveis em uma determinada amostra com base na detecção de resorufina de alto rendimento quântico da resazurina. Neste sistema de baixo custo, a inclinação da intensidade de fluorescência serviu como critério para detecção de carga biológica. As células viáveis foram monitorizadas utilizando o corante indicador redox resazurina. A amostra sob investigação foi enriquecida com resazurina e carregada em um cassete microfluídico de design especial e a taxa de mudança de resazurina em resorufina foi observada através do fluorômetro. Para detectar carga biológica com maior sensibilidade, um novo dispositivo microfluídico com um filtro integrado para filtração e detecção automatizada é introduzido neste estudo com o fluorômetro e ensaio relatados.
A microfluídica tornou-se uma tecnologia poderosa nas últimas décadas e encontrou aplicações em diversas áreas de pesquisa de fronteira que incluem química analítica14, produtos farmacêuticos15, síntese de produtos químicos16 e aplicação clínica17,18. As tecnologias microfluídicas também foram aplicadas recentemente a estudos de microrganismos. Dispositivos microfluídicos com escala micro e integração em larga escala oferecem muitas vantagens especiais, incluindo baixo custo, maior rendimento e maior eficiência na análise de microrganismos19,20,21,22,23 e persistência de antibióticos24. Desenvolvimentos recentes em microfluídica também utilizam papel de filtro como meio de capturar e detectar bactérias e estão se tornando populares devido ao baixo custo, facilidade de acesso, processamento, modificação e descarte25,26. No entanto, os dispositivos microfluídicos baseados em papel relatados têm um limite de detecção (LOD) muito alto, variando de 57 a 500 UFC/mL, e baixa precisão27,28,29,30. Os dispositivos muitas vezes requerem modificações complexas, ou seja, funcionalização de anticorpos, imobilização de nanopartículas e cura por UV para padrões no papel de filtro para detecção27,28,29,30. Além disso, os dispositivos são frequentemente específicos para uma determinada cepa de detecção bacteriana devido a certa funcionalização do anticorpo27,28,29,30. Essas desvantagens impedem que dispositivos microfluídicos baseados em papel de filtro rápidos, fáceis e de baixo custo sejam amplamente utilizados na detecção bacteriana, especialmente em aplicações de campo.