Um romance, baixo

Jun 07, 2023

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.