Detecção fiável de gases altamente tóxicos diretamente no terreno
Os materiais bio-híbridos compostos por partículas de sílica e péptidos seletivos têm como objetivo permitir a deteção no local através de um dispositivo portátil
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Quer se trate de acidentes químicos, locais contaminados ou da utilização de agentes de guerra química, os gases perigosos têm de ser detetados de forma rápida e fiável. O que até agora só era possível através de métodos complexos ou imprecisos deverá tornar-se, no futuro, um processo simples e fiável no local, graças a materiais especificamente concebidos para o efeito. No âmbito do projeto de investigação ProtecKD, o Instituto Fraunhofer de Investigação em Silicatos (ISC) e os seus parceiros estão a desenvolver um novo sistema de sensores baseado em materiais bio-híbridos, concebido para detetar, no futuro, substâncias altamente tóxicas com extrema sensibilidade. Isto permitirá que as equipas de emergência avaliem situações de perigo de forma mais rápida e precisa no futuro. O projeto é financiado pelo Ministério Federal da Investigação, Tecnologia e Espaço (BMFTR).
ProtecKD – o conceito: materiais sensoriais bio-híbridos como sistema «lab-on-a-chip» num dispositivo portátil de fluorescência para a deteção precoce de agentes de guerra química e substâncias perigosas.
© Projekt ProtecKD
Ao intervir contra gases perigosos e agentes de guerra química, como o sarin, a mostarda de enxofre ou a cloropicrina, as equipas de emergência têm de ser capazes de identificar ameaças de forma rápida e segura. Mesmo as concentrações mais reduzidas podem causar graves danos à saúde ou ser fatais. Por isso, a sua deteção rápida, simples e fiável é crucial para a segurança das equipas de emergência e do público em geral.
Os métodos atualmente disponíveis para análise no local durante as operações são frequentemente imprecisos ou impraticáveis. Os métodos mais precisos e fiáveis são complexos e só podem ser realizados em laboratórios especializados. Consequentemente, é difícil avaliar de forma fiável o perigo durante uma operação.
Materiais de sensores bio-híbridos para deteção rápida no local
No projeto de investigação ProtecKD, os parceiros estão a trabalhar num dispositivo portátil capaz de detetar direta e rapidamente gases altamente tóxicos utilizando novos materiais bio-híbridos. Um aspeto inovador do conceito ProtecKD é a combinação de unidades de deteção biológicas com nanopartículas inorgânicas que formam micropartículas estáveis e altamente funcionais. Estas combinam as propriedades dos materiais à escala nanométrica com um manuseamento significativamente mais fácil. O Fraunhofer ISC contribui com os seus muitos anos de experiência no domínio das partículas funcionalizadas.
Trabalho em equipa para uma maior segurança
Quatro instituições de investigação e empresas estão a trabalhar em estreita colaboração na equipa do projeto: o coordenador do projeto, o Fraunhofer ISC, a JPT Peptide Technologies, o Instituto da Bundeswehr para Tecnologias de Proteção e Proteção CBRN (WIS) e a Noxoon GmbH.
No Fraunhofer ISC, as partículas portadoras são sintetizadas a partir de dióxido de silício — um mineral que ocorre frequentemente na natureza, por exemplo, na areia — e combinadas com moléculas proteicas especiais conhecidas como péptidos. Estas proteínas são fixadas na superfície das partículas especialmente funcionalizadas e reagem especificamente a determinados gases, emitindo fluorescência — ou seja, emitem luz. Isto cria um material bio-híbrido. O parceiro do projeto, a JPT, é responsável pela síntese destes peptídeos seletivos. Ao utilizar vários peptídeos que reagem especificamente a diferentes gases, é possível integrar múltiplos campos de deteção num sistema de análise miniaturizado baseado em chip (lab-on-a-chip). O parceiro do projeto Noxoon é responsável pela construção do dispositivo de deteção, que integra todos os componentes. A caracterização dos componentes sintetizados e os ensaios com vários agentes de guerra química e substâncias perigosas em condições realistas são realizados pelo parceiro do projeto WIS.
O ProtecKD visa uma fácil utilização
O chip do sensor bio-híbrido é inserido no dispositivo de deteção. Tanto a medição ótica como a análise automática são realizadas diretamente no interior do dispositivo, fornecendo resultados fiáveis às equipas de emergência num curto espaço de tempo. Detetores sensíveis captam alterações na fluorescência; os sinais são avaliados através de algoritmos de autoaprendizagem e apresentam imediatamente ao utilizador o tipo de gás detetado e as informações de alerta associadas. Desta forma, o dispositivo de deteção portátil destina-se a fornecer apoio rápido e fiável para operações móveis.
Uma vantagem fundamental do conceito é que os péptidos criados por engenharia química reagem de forma altamente seletiva e precisa a gases específicos e a agentes de guerra química. Graças à geometria otimizada do sensor do sistema «laboratório num chip», estas substâncias podem ser detetadas com uma sensibilidade excecional. Isto permitirá que mesmo quantidades mínimas sejam detetadas e avaliadas de forma fiável.
Outra vantagem é a digitalização de ponta a ponta. Todos os dados relativos aos materiais e às medições são registados e armazenados num formato legível por máquina. O ProtecKD está ligado à iniciativa «Material digital» do BMFTR. O Fraunhofer ISC garante a digitalização contínua dos dados dos materiais com a sua experiência em «Material digital».
Melhor proteção para as equipas de emergência e para o público
A deteção rápida e fiável de produtos químicos altamente tóxicos pode reduzir significativamente os tempos de resposta. As equipas de emergência podem implementar medidas de proteção de forma mais direcionada, avaliar situações de perigo com maior precisão e evitar confinamentos ou evacuações desnecessárias. Isto permite uma utilização mais eficiente dos recursos humanos e materiais.
Transferível para outras áreas de aplicação
O que funciona para as exigências extremas das operações contra gases perigosos e agentes de guerra química também pode ser desenvolvido para outras áreas de aplicação. Para o consórcio do projeto, as aplicações possíveis incluem, por exemplo, a monitorização ambiental e a segurança industrial na utilização e armazenamento de produtos químicos industriais, princípios ativos farmacêuticos ou explosivos. O ProtecKD poderia, assim, contribuir para reforçar a competitividade internacional da Alemanha no domínio das tecnologias de segurança e proteção.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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