Físico usa grafeno para construir sensores e biossensores

Fabrício Santos é graduado em Física pela Universidade Federal de Ouro Preto (Ufop), mestre em Ciência e Engenharia de Materiais e doutor em Física com ênfase em Biologia Molecular, ambas as etapas vividas na Universidade de São Paulo (USP). Bolsista da CAPES durante o doutorado, pesquisou uma técnica de redução de grafeno (material extraído do grafite) em meio aquoso para compor sensores e biossensores utilizados na detecção de doenças. O trabalho resultou em um artigo publicado em revista científica internacional.

Fale um pouco sobre sua formação.
Ainda na graduação, iniciei minha vida acadêmica no desenvolvimento de filmes ultrafinos para detecção de gás amônia em galpões de granjas, utilizando polímeros condutores. Por ter formação técnica em eletrônica e gostar de sistemas elétricos, direcionei minha formação para a área de sensores e biossensores. Em 2010, durante o mestrado, conduzi minha pesquisa no Laboratório de Nanomedicina e Nanotoxicologia (Gnano) da USP. Neste período, comecei a trabalhar com um material ainda pouco conhecido na comunidade acadêmica, o grafeno. O foco da minha pesquisa foi direcionado para a fabricação de filmes automontados desse nanomaterial.

Três anos depois iniciei meus estudos no doutorado em Física com ênfase em Biologia Molecular, no mesmo laboratório. Nesta etapa dei prosseguimento a todo o conhecimento adquirido no mestrado, utilizando o grafeno para produzir filmes nanométricos para construção de dispositivos de efeito de campo (FET). Esses dispositivos são similares aos que estão presentes em todos os equipamentos eletrônicos como celulares, tablets e televisores.

A diferença é que a superfície do nanomaterial é exposta e fica em contato a amostra que será analisada. Essa conformação de FET permite a possibilidade de ligar biomoléculas, proteínas, anticorpos, entre outros materiais. O dispositivo é, portanto, capaz de reconhecer diferentes doenças. No projeto, utilizamos esses dispositivos para detectar Cistatina-C, uma proteína usada na detecção de futura insuficiência renal.

Como você chegou à essa linha de pesquisa?
Essa pesquisa surgiu da necessidade de utilizarmos novos materiais para serem aplicados em sensores e biossensores. Esse é um desafio no mundo todo: desenvolver dispositivos capazes de detectar de forma rápida, eficiente e com baixo custo de produção. O atual cenário em que vivemos, com a pandemia do SARS-CoV-2, evidencia isso. Como o grafeno é um material ainda pouco conhecido e que se mostra um forte candidato em aplicações eletrônicas, vimos a oportunidade de usá-lo.

Fale um pouco do trabalho que resultou no artigo.
O grafeno é uma monocamada de átomos de carbono, com uma estrutura semelhante a um favo de mel. É um nanomaterial que faz parte da estrutura cristalina de um grafite. Utilizamos uma técnica chamada esfoliação química. Nela podemos quebrar as ligações entre os planos cristalinos, permitindo isolar cada uma das camadas desse grafite na forma de grafeno. Ele apresenta propriedades únicas, e o processamento tem um custo muito inferior a outros nanomateriais com a mesma finalidade. Os passos seguintes foram modificar a estrutura, a fim de obter as propriedades desejadas na construção dos biossensores.

Qual a importância desse estudo para o Brasil? E internacionalmente?
O processamento desses dispositivos é feito em quase sua totalidade em meio aquoso. Isso permite uma produção com custo inferior e ambientalmente sustentável com relação a outros processos e nanomateriais existentes. Para se ter ideia, um grafeno produzido pela técnica de deposição química (CVD), apenas a matéria-prima alcança valores superiores a US$500. Somando o custo de processamento, sua produção torna-se inviável a curto e médio prazo. Além disso, o Brasil não possui uma planta industrial sólida capaz de prover essa demanda, portanto, esse método de fabricação de dispositivos pode abrir oportunidades de grandes investimentos.

Quais são os próximos passos?
Atualmente estou no pós-doutorado na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), em parceria com a empresa Mediconchip, para desenvolver biossensores de grafeno em escala industrial, incluindo, desenvolvimento de testes para detecção de SARS-CoV-2.

Legenda das imagens:
Imagem 1: Placa de grafeno (Foto: Arquivo pessoal)
Imagem 2: Fabrício Santos é físico e recebeu bolsa da CAPES no doutorado (Foto: Arquivo pessoal)
Imagem 3: O processo envolve a redução do grafeno em meio aquoso (Foto: Arquivo pessoal)

A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) é um órgão vinculado ao Ministério da Educação (MEC).
(Brasília – Redação CCS/CAPES)
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