Nanobiossensores: Dispositivos de Análise Bioquímica à Nanoescala

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Diana Brito Parreira 
Tiago Guerreiro Leitão 
Examinadores de patentes 
 
 
 
 
 
 
 
 
Junho de 2010 
NNN AAA NNN OOO BBB III OOO SSS SSS EEE NNN SSS OOO RRR EEE SSS 
 
Cluster do Conhecimento 
Nanotecnologia 
 
 2 
Nanobiossensores 
 
 
ÍNDICE 
 
 
 
1 BREVE INTRODUÇÃO À NANOTECNOLOGIA ……………………………………………..…..3 
 
 
2 NANOBIOTECNOLOGIA ………………………………………………………………………………...3 
 
 
3 NANOBIOSSENSORES .……………………………………………………………………………….….3 
 
3.1 Sensores de nanofios ..…………………………………………………………………………….…5 
 
3.2 Nanobiossensores de canais iónicos ……………………………………………………..…..5 
 
3.3 Nanobiossensores virais …………………………………………………………………………….7 
 
3.4 Nanobiossensores PEBBLE ………………………………………………………………………...7 
 
3.5 Nanobiossensores ópticos ………………………………………………………...………….…..7 
 
3.6 Sensores Nanoshell…………………………………………………………………………………….8 
 
3.7 Nanobiochips. Lab-on-a-chip. …………………………………………………………………….9 
 
 
4 ANÁLISE DE PATENTES DE NANOBIOSSENSORES ……………………………………..…11 
 
4.1 Exemplos de patentes de nanobiossensores …………………………………………......11 
 
4.2 Diagnóstico tecnológico na área dos nanobiossensores ……………………………..16 
 
 
5 CONCLUSAO E PERSPECTIVAS FUTURAS ……………………………………………………..19 
 
 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ……………………………………………...………….……….21 
 
 3 
Nanobiossensores 
 
 
1 BREVE INTRODUÇÃO À NANOTECNOLOGIA 
 
A Nanotecnologia é uma área científica multidisciplinar que consiste na criação e 
utilização de materiais, dispositivos e sistemas através da manipulação de matéria à 
escala do nanómetro (nm) – nano-escala, isto é um milionésimo de milímetro ou um 
bilionésimo do metro. 
Nos últimos anos, a Nanotecnologia tem sofrido um desenvolvimento extraordinário, 
trazendo avanços revolucionários em áreas como: tecnologias da informação e 
comunicação, robótica, materiais, medicina e biotecnologia. 
 
 
2 NANOBIOTECNOLOGIA 
 
Uma das áreas da nanotecnologia que se encontra em rápida progressão – e na qual 
este documento se irá focar – é a Nanobiotecnologia, que aplica ferramentas e 
processos de nanofabricação à construção de dispositivos para estudar e melhor 
compreender os sistemas e os processos biológicos. A Nanobiotecnologia resulta da 
integração das ciências físicas, da engenharia molecular, da biologia, biotecnologia e 
da química e promete consideráveis avanços na indústria farmacêutica e na área dos 
cuidados de saúde. 
A extraordinária evolução da compreensão dos sistemas biológicos tem sido 
acompanhada pelo desenvolvimento dos sistemas de análise bioquímica e diagnóstico 
molecular. 
A emergência da nanotecnologia abriu portas à possibilidade de detectar e manipular 
parâmetros bioquímicos e moleculares através de dispositivos à nano escala – 
nanodispositivos, como nanobiossensores e biochips. A miniaturização dos dispositivos 
de análise bioquímica e sistemas de diagnóstico molecular vem proporcionar uma 
dramática melhoria na rapidez, precisão e sensibilidade dos seus resultados, assim 
como uma maior acessibilidade e flexibilidade dos mesmos, como iremos ver ao longo 
deste documento. 
 
 
3 NANOBIOSSENSORES 
 
Um nanobiossensor é um dispositivo à nano-escala que converte um evento biológico, 
como um distúrbio genético e/ou metabólico ou uma infecção (viral ou bacteriana), 
num sinal mensurável e processável. 
De um modo geral, um nanobiossensor incorpora um elemento biológico – 
biorreceptor, que pode ser uma proteína (ex: enzimas1 ou anticorpos2), ácidos 
 
1
 De modo geral, uma enzima é uma proteína que catalisa (isto é, intervém e acelera) uma reacção 
química fisiológica. 
2
 Os anticorpos são proteínas complexas, constituídas por centenas de aminoácidos (unidades de 
construção das proteínas). Os anticorpos são produzidos por células do sistema imunitário, quando 
estas são expostas a determinadas substâncias denominadas antigénios. 
 
 4 
Nanobiossensores 
 
nucleicos 3(ADN ou ARN), estruturas proteicas como canais iónicos ou ainda células 
inteiras [1, 2]. O biorreceptor é o agente responsável pelo reconhecimento específico 
do analito, isto é, o que se pretende analisar, que pode ser, por exemplo, ADN, ARN, 
genes, proteínas ou metabolitos (isto é, produtos do metabolismo). 
A interacção do biorreceptor com o analito desencadeia uma resposta ou reacção 
fisiológica que produz uma perturbação bioquímica no nanobiossensor, que pode em 
seguida ser convertida – por um transdutor – num efeito detectável e mensurável, 
como um sinal eléctrico (Figura 1) [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplos das referidas perturbações bioquímicas são: 
 Calor transferido ou absorvido pela reacção fisiológica; 
 Mudanças na distribuição de cargas, produzindo-se um potencial eléctrico; 
 Movimento de electrões, produzindo uma reacção redox; 
 Emissão de luz durante a reacção fisiológica ou uma diferença entre a 
absorvância de luz entre reagentes e produtos; 
 Efeitos de massa dos reagentes ou produtos. 
 
Existem diversos tipos de nanobiossensores, consoante o tipo de analito, 
biorreceptor, método de transdução e/ou sinal obtido, alguns dos quais serão 
discutidos em seguida. 
 
 
 
 
 
 
3
 Um ácido nucleico é um tipo de composto químico que ocorre em todas as células vivas e que é 
responsável pelo armazenamento e transmissão da informação genética, sendo a sua tradução expressa 
pela síntese precisa de proteínas. 
 
 
 
 
 
Eléctrodo pH 
 
Termístor 
 
Contador de 
fotões 
 
Dispositivo 
piezoeléctrico 
 
… 
Transdutor 
Sinal 
mensurável Biorreceptor Analito 
 
Substância 
electroactiva 
 
Alteração pH 
 
Calor 
 
 
 
 
Alteração de 
massa 
 
 
Enzima 
 
Anticorpo 
 
Canais 
iónicos 
 
Ácidos 
nucleicos 
 
Sinal 
eléctrico 
Eléctrodo 
Luminescência 
Figura 1: Esquema geral de funcionamento de um nanobiossensor. Os biorreceptores reconhecem e 
ligam-se aos analitos. A interacção entre o analito alvo e o biorreceptor é concebida de forma a 
produzir uma perturbação bioquímica no nanobiossensor (ex: alteração pH) – transdução, que pode em 
seguida ser convertida num efeito detectável e mensurável, como um sinal eléctrico. 
 
 5 
Nanobiossensores 
 
3.1 Sensores de nanofios 
 
Os nanofios, tal como o nome indica, são fios com um diâmetro da ordem dos 
nanómetros. Existem diferentes tipos de nanofios: metálicos (ex.: de níquel, platina ou 
ouro), semicondutores (ex.: de silício, fosfato de índio ou nitrito de gálio) ou isolantes 
(ex: de sílica ou dióxido de titânio). 
As propriedades da superfície dos nanofios são facilmente modificáveis, pelo que os 
sensores de nanofios podem incorporar praticamente qualquer elemento de 
reconhecimento biológico (biorreceptor). Os nanomateriais destes sensores vão 
transduzir o evento biológico (como uma ligação química) que ocorre na sua superfície 
numa alteração detectável em tempo real da condutividade do nanofio, isto é, a 
facilidade com a qual um nanofio é capaz de conduzir uma corrente eléctrica. A 
reduzida dimensão, a sensibilidade e a possibilidade de detecção em tempo real 
associadas aos nanofios semicondutores tornam-nos especialmente úteis para a 
análise e diagnóstico in vivo. 
Recentemente, uma equipa multidisciplinar dirigida por investigadores da 
Universidade de Yale (EUA) desenvolveu um sensor de nanofios para detectar e medir 
as concentrações de dois biomarcadores do cancro, isto é, dois compostos indicadores 
da presença de cancro: um do cancro de próstata e outro do cancro da mama [4]. 
Outro nanobiossensor, desenvolvido pelo projecto Nodo Nanotec4 (Argentina) visa 
também a detecção de tumores. O nanobiossensor consiste em dois microeléctrodos 
ligados por uma ponte
de nanofios com anticorpos. A união do biorreceptor ao tumor 
gera um sinal eléctrico, permitindo a detecção do aparecimento de um tumor. (Fonte: 
http://nanobugle.wordpress.com/2009/06/26/nanobiosensor-to-detect-tumors/). 
 
 
3.2 Nanobiossensores de canais iónicos 
 
O ICSTM é um biossensor de canais iónicos, pertencente à Ambri Ltd. Este biossensor é 
constituído por uma membrana, onde estão incorporados canais iónicos (canais 
existentes nas membranas das células, através dos quais passam iões para dentro e 
para fora da célula como, por exemplo, iões sódio). À membrana estão acoplados 
biorreceptores que consistem em fragmentos de anticorpos que se ligam 
especificamente ao analito em questão. 
A ligação do fragmento do anticorpo e o analito vai causar um bloqueio no canal 
iónico, que impede a normal passagem de iões através do mesmo. 
Consequentemente, a condutividade eléctrica do canal iónico é diminuída, sendo esta 
alteração mensurável quantitativamente (Figura 2). 
 
 
 
 
 
 
4
 Financiado pela Comisión Nacional de Energía Atómica e pela Agencia de Promoción Científica y 
Tecnológica. A Universidad Nacional de Bahía Blanca e o Instituto de Investigaciones Científicas y 
Técnicas para la Defensa colaboraram também neste projecto. 
 
 6 
Nanobiossensores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Princípio de funcionamento de um nanobiossensor de canais iónicos 
 
Esta é a tecnologia que está na base do SensiDx System da Ambri Ltd. Este 
nanobiossensor foi desenhado para analisar amostras de sangue em unidades 
hospitalares, proporcionando resultados precisos e quantitativos imediatos. Este 
dispositivo tem um potencial para detectar até 40 substâncias ou marcadores de 
doenças em amostras sanguíneas. Outros testes incluem marcadores cardíacos para 
detecção de ataques cardíacos e também os electrólitos sódio e potássio. 
 
analito 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
Na presença 
do analito: 
monómeros 
não 
condutores 
iões 
fosfolípidos 
da membrana 
biorreceptor 
+ 
Detector 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
Na ausência 
do analito: 
o canal iónico 
é um dímero 
condutor 
membrana 
 
 7 
Nanobiossensores 
 
 
3.3 Nanobiossensores virais 
 
Os vírus Herpes Simplex (HSV) e adenovírus têm sido utilizados para desencadear a 
formação de nanopartículas magnéticas para utilização como nanossensores de vírus 
clinicamente relevantes. Estas nanopartículas são constituídas por um núcleo ultra 
magnético de óxido de ferro revestido com dextrano. Investigadores do Center for 
Molecular Imaging Research, da Harvard Medical School (EUA) desenvolveram uma 
nanopartícula magnética à qual se encontra acoplado um anticorpo que reconhece o 
vírus Herpes Simplex (anti-HSV) e o adenovírus-5, permitindo uma detecção destes 
vírus com elevada sensibilidade (5 partículas virais por 10 µl de amostra de soro) [5]. 
As propriedades magnéticas destas nanopartículas fazem com que sejam detectáveis e 
monitorizáveis através de técnicas de ressonância magnética, sendo assim possível 
visualizar a distribuição viral num organismo. 
 
 
3.4 Nanobiossensores PEBBLE (Probes Encapsulated by Biologically Localized 
Embedding) 
 
Estes nanossensores têm a forma de esferas com uma dimensão na ordem dos 20 a 
200 nm e são formados pela encapsulação de moléculas selectivas que se ligam a 
analitos específicos, numa matriz polimérica (polímero). As referidas moléculas 
encapsuladas incorporam pigmentos fluorescentes, o que faz com que, quando se 
ligam ao analito, permitam a sua monitorização [6]. 
Estes sensores possibilitam a monitorização em tempo real do analito em questão 
(iões e moléculas específicas). Estes sensores são ainda especificamente desenhados 
para serem minimamente invasivos, facilitando a monitorização do analito em células 
viáveis (células vivas, possuindo a capacidade de se multiplicarem), sem perturbar o 
seu normal funcionamento. Os nanossensores PEBBLE permitem a análise e 
monitorização de metabolitos como o cálcio, potássio, oxigénio, cloro, sódio e glucose 
[7, 8]. Estes nanobiossensores podem ser também utilizados na detecção precoce do 
cancro [6]. 
Um nanossensor do tipo PEBBLE foi desenvolvido recentemente pela University of 
Southern Denmark. Até à data já foi desenvolvido um nanobiossensor para analisar 
ADN. Outros nanossensores para outros compostos químicos de reduzida dimensão 
estão neste momento a ser desenvolvidos. 
(Fonte:http://www.sdu.dk/~/media/Files/Om_SDU/Faellesadministrationen/Forskerse
rvice/pdffiler/Patenter/Omnisensing%20nanobiosensor.ashx) 
 
 
3.5 Nanobiossensores ópticos 
 
Muitos dos nanossensores actualmente comercializados baseiam-se nas propriedades 
ópticas de lasers para monitorizar e quantificar interacções entre biomoléculas 
depositadas em diversas superfícies especialmente desenvolvidas. 
 
 8 
Nanobiossensores 
 
Uma das primeiras aplicações de nanofibras ópticas nos biossensores envolvia um 
nanobiossensor cujo biorreceptor consistia num anticorpo. Este nanobiossensor visava 
a detecção de um marcador da exposição humana a uma conhecida substância 
carcinogénea, o benzo[a]pireno (BaP) [9], que pode ser encontrado, por exemplo, em 
gases de combustão e exaustão. 
Num nanossensor de laser, a luz laser é dirigida para a fibra e o campo 
electromagnético gerado na ponta da fibra é usado para excitar moléculas alvo ligadas 
a anticorpos (biorreceptores). Um sistema de detecção fotométrica (detecção de luz) é 
utilizado para detectar o sinal óptico (por exemplo, fluorescência) originado pelas 
moléculas do analito ou pela reacção entre o analito e o biorreceptor [6]. 
Desde o desenvolvimento deste primeiro nanobiossensor óptico, esta tecnologia tem 
sido aplicada à detecção de vários metabolitos como o óxido nítrico e o glutamato, 
assim como à determinação de mecanismos de transporte de vários compostos [10]. 
Os sensores de laser podem ser usados in vivo, na análise de proteínas e 
biomarcadores em células vivas individuais [6]. 
 
 
3.6 Sensores Nanoshell 
 
Os sensores nanoshell consistem usualmente em nanoesferas constituídas por um 
núcleo de sílica, que são revestidas por uma “concha” de um metal – o ouro. 
Estes materiais conseguem captar e armazenar um largo espectro de luz, 
concentrando a sua intensidade, gerando um pigmento muito forte e definido. Assim, 
estes compostos podem constituir sensores biológicos e químicos ultra sensíveis. 
 
 
 
Figura 3: Imagem de microscopia electrónica de nanoshells (cores falsas). 
 
A estas nanoesferas podem ser acoplados anticorpos, formando conjugados. Estes têm 
sido utilizados em testes imunológicos, conseguindo detectar especificamente analitos 
em meios biológicos complexos num só passo, sem necessidade de preparação de uma 
amostra. 
 
 9 
Nanobiossensores 
 
Estão a ser desenvolvidos sensores do tipo nanoshell para aplicações como o 
diagnóstico do cancro, terapia do cancro e análise de proteínas associadas à doença de 
Alzheimer [6]. 
 
 
3.7 Nanobiochips. Lab-on-a-chip. 
 
Uma classe especial de nanobiossensores são os nanobiochips, que contêm múltiplos 
elementos transdutores e se baseiam em circuitos integrados [11]. 
Um biochip, de um modo geral, define-se como um dispositivo que tem um array de 
biorreceptores, denominados sondas, imobilizados numa superfície. Um array é uma 
colecção de locais de análise miniaturizados, arranjados de forma a permitir a 
realização de testes em simultâneo ou em paralelo. 
A tecnologia Lab-on-a-chip concilia conhecimentos de diferentes áreas: 
micro/nanofabricação, análise química, microfluídica e bioinformática, constituindo 
um novo paradigma para
os sistemas de análises clínicas. Um dispositivo deste tipo 
integra diversas análises laboratoriais num único chip de dimensões muito reduzidas. 
Estes dispositivos analisam processos bioquímicos em massa, detectando diversos 
analitos numa só amostra. A maioria destes dispositivos é fabricada através de 
processos de moldagem ou fotolitografia5 desenvolvidos na indústria electrónica para 
criar circuitos de compartimentos (onde vão ser imobilizadas as sondas) e canais 
usando materiais compósitos como a quartzo, sílica ou vidro [6]. 
Como já foi referido, um dos conceitos chave que estão por trás desta tecnologia é a 
microfluídica, que consiste na manipulação de pequenas quantidades de fluidos 
(microlitros, nanolitros ou ainda picolitros) que circulam em canais com a espessura de 
um cabelo humano. Os circuitos microfluídicos podem ser desenhados de forma a 
permitir muitos processos biológicos, incluindo análises de proteínas e outros 
metabolitos, marcadores específicos de doenças, ADN, entre outros. 
 
Recentemente, foi apresentado um nanobiochip versátil, que permite detectar ácidos, 
proteínas e células relevantes para o diagnóstico de diferentes doenças de uma forma 
flexível. Esta flexibilidade resulta do desenho do chip ser modular (isto é, em partes 
separadas – módulos), conferindo-lhe a possibilidade de uma rápida inclusão de 
análises da presença de novos biomarcadores, ácidos nucleicos, proteínas e células. 
Assim podem ser criadas modalidades de análise específicas para diferentes tipos de 
doença [12]. 
 
Também recente é um nanobiochip capaz de efectuar a detecção do cancro da boca, 
desenvolvido por investigadores da Universidade de Rice (Houston, Texas, EUA). Este 
sensor integra múltiplos processos laboratoriais numa plataforma microfluídica, que 
envolvem o isolamento das células, o reconhecimento e marcação imunológica dos 
biomarcadores associados ao cancro e a sua detecção e visualização por meio de 
fluorescência. Este nanobiochip tem a vantagem de evitar a realização de uma biopsia, 
necessitando apenas de uma amostra da lesão que pode ser obtida por escovagem da 
 
5
 Gravação química de uma placa, em combinação com técnicas fotográficas 
 
 10
Nanobiossensores 
 
mesma. Este chip mostrou-se sensível em 97% dos casos analisados e exibiu 
especificidade na determinação da pré-malignidade em 93% dos tumores analisados 
[13]. 
 
 
Figura 4: Nanobiochip 
 
 
Outro nanobiochip semelhante foi bioquimicamente programado para detectar 
conjuntos de proteínas presentes na saliva utilizada no diagnóstico cardíaco. Nesta 
análise, uma amostra de saliva é inserida num receptáculo semelhante a um cartão de 
crédito, que contém o nanochip. Este receptáculo é depois inserido num dispositivo 
analisador, que processa a informação do estado cardíaco do doente, comunicando-a 
imediatamente (Fonte: http://www.noticias21.com/node/237). 
Investigadores do London Centre for Nanotehnology desenvolveram um novo 
dispositivo que utiliza nanossensores que consistem em arrays que medem o vírus VIH 
e outras proteínas indicativas de uma subida nos níveis virais, associadas à progressão 
da doença. Uma das principais vantagens deste dispositivo é a capacidade de 
monitorizar marcadores virais e imunológicos num único chip, sem necessidade de 
recorrer a análises morosas em laboratórios especializados (Fonte: 
http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/ne
ws_7-4-2009-12-27-49). 
A Philips desenvolveu também um outro tipo de biossensor que utiliza nanopartículas 
magnéticas para medir moléculas alvo. Este dispositivo permitirá fazer diagnósticos e 
monitorizar um doente, por exemplo, a partir de casa. A análise é efectuada através da 
deposição de uma gota de sangue num cartucho, que se enche automaticamente. Esta 
amostra vai ser analisada através da aplicação de um campo magnético externo, que 
controla o movimento das nanopartículas inseridas no dispositivo aquando da sua 
produção. Estas nanopartículas, por sua vez, contêm biorreceptores que se ligam às 
moléculas alvo contidas na amostra de sangue. Um íman situado na parte inferior do 
cartucho atrai as nanopartículas para uma superfície onde estão imobilizados outros 
biorreceptores que se ligam também às moléculas alvo, concentrando as mesmas na 
superfície. Em seguida as nanopartículas magnéticas são atraídas por um íman situado 
na parte superior do cartuxo. Finalmente procede-se à leitura e detecção destas 
nanopartículas por métodos ópticos. 
 
 11
Nanobiossensores 
 
Foram feitos estudos concretos com notório sucesso com este dispositivo, relativos à 
detecção de marcadores da ocorrência de ataque cardíaco. (Fonte: Philips 
Newscenter). 
 
Figura 5: Cartucho do biossensor desenvolvido pela Philips. Fonte: Philips Newscenter 
Em Portugal, na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa 
(FCT-UNL) está a ser desenvolvido um nanobiossensor, o NSS1, que consiste num 
nanochip que permitirá detectar compostos biológicos e químicos para diagnóstico de 
doenças em tempo real. De acordo com um dos investigadores do projecto, uma das 
vertentes deste chip será o diagnóstico do vírus VIH. 
(Fonte: http://dn.sapo.pt/inicio/ciencia/interior.aspx?content_id=1514305). 
 
Para além da investigação desenvolvida na FCT-UNL, será de extrema importância a 
colaboração do Laboratório Ibérico de Nanotecnologia (INL), que será a primeira 
instituição de investigação completamente internacional na área das nanociências e 
nanotecnologias, criada por decisão conjunta dos governos português e espanhol. 
Segundo o director-geral adjunto do INL, esta instituição terá uma área especializada 
em nanomedicina, que estabelecerá a ligação entre a engenharia e a medicina (Fonte: 
http://www.publico.pt/Sociedade/laboratorio-de-nanotecnologia-vai-privilegiar-area-
da-saude_1392132). 
 
 
4 ANÁLISE DE PATENTES DE NANOBIOSSENSORES 
 
4.1 Exemplos de patentes de nanobiossensores 
 
Após uma pesquisa em bases de dados de patentes (Epodoc, WPI), foram encontrados 
diversos pedidos de nanobiossensores. A título exemplificativo, foram seleccionados 
alguns pedidos de patente cuja descrição se considerou particularmente elucidativa e 
representativa de alguns dos tipos de nanobiossensores descritos no capítulo anterior 
e que se apresentam de seguida. 
 
 
 12
Nanobiossensores 
 
Inventores da Northwestern University fizeram um pedido de patente (US2010087723 
– Figura 6), que se refere a um nanobiossensor para detecção de analitos in vivo e ex 
vivo, em particular da glucose. De acordo com os inventores, este dispositivo é mais 
rápido, simples e menos doloroso e permite uma medição contínua in vivo da glucose 
no sangue. Este dispositivo pode assim ser muito útil na rápida detecção da hiper e 
hipoglicémia em doentes diabéticos. 
 
 
Figura 6: Pedido de patente de nanobiossensor para monitorizar a glucose no sangue – US2010087723) 
A empresa Nano Proprietary Inc., actualmente Applied Nanotech Inc., efectuou um 
pedido de patente (US2008302676 – Figura 7) de um nanobiossensor de nanotubos de 
carbono para detecção de compostos químicos e biológicos. Os biorreceptores 
encontram-se imobilizados em polímeros, que por sua vez estão imobilizados nos 
nanotubos do carbono. Este nanobiossensor pode também ser utilizado para a 
detecção da glucose, sendo o biorreceptor, neste caso, a glucose oxidase. Esta enzima 
reage com a glucose para produzir peróxido de hidrogénio (vulgo água oxigenada) que, 
 
 13
Nanobiossensores 
 
por sua vez, modifica o ambiente químico no sensor através da transferência de 
electrões, que é detectada pelo elemento transdutor do sensor. 
 
 
Figura 7: Pedido de patente de nanobiossensor de nanotubos de carbono – US2008302676 
A mesma empresa fez
um pedido de patente (KR20070004572 – Figura 7) para um 
nanobiossensor que contém uma matriz (array) contendo nanotubos de carbono, 
polímeros condutores, enzimas, nanopartículas e outros biorreceptores à nano escala. 
Este nanobiossensor é fabricado por processos fotolitográficos e tem um sistema 
electrónico miniaturizado que permite a detecção eficiente de, por exemplo, ADN, 
metais e metabolitos (glucose, lactose, fructose, ureia, ácido úrico, fosfolípidos, entre 
outros). Os analitos, por seu lado, podem ser líquidos e também gases. 
 
 
 14
Nanobiossensores 
 
 
 
Figura 8: Pedido de patente de nanobiossensor para detecção simultânea de vários analitos, que podem 
ser líquidos ou gasosos – KR20070004572 
 
A Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) de Singapura tem um pedido 
de patente (WO2008018834) para um sensor de nanofios para detecção de vários 
tipos de moléculas de grande dimensão como ácidos nucleicos (ADN e ARN), proteínas 
e hidratos de carbono. Este dispositivo pode ainda permitir a detecção de vírus como 
VIH. A superfície dos nanofios encontra-se adaptada de modo a incorporar moléculas 
que funcionam como biorreceptores, formando complexos com o analito de interesse. 
Estes biorreceptores podem ser, por exemplo, sequências de ácidos nucleicos (que se 
ligam especificamente a determinadas sequências de ácidos nucleicos de interesse) ou 
anticorpos ou fragmentos destes. A presença ou ausência destes complexos vai 
provocar mudanças na carga das superfícies dos nanofios, que são detectáveis e 
mensuráveis por este sensor. 
 
 
 
 15
Nanobiossensores 
 
 
Figura 9: Pedido de patente de um sensor de nanofios para detecção de moléculas de grande dimensão 
- WO2008018834 
 
A University of Southern Denmark fez um pedido de patente (Figura 10) – ainda não 
publicado – que se refere a um nanobiossensor que pode ser desenhado para detectar 
virtualmente qualquer molécula de pequenas dimensões, com elevada afinidade e 
especificidade. Até agora foi testado para detectar a molécula de ATP (adenosina 
trifosfato). Este nanobiossensor pode ser utilizado in vivo, sem afectar o ambiente 
celular interno e apresenta um tempo de resposta de apenas alguns segundos, 
consistindo numa nanopartícula porosa constituída por um polímero, que encapsula 
um elemento biorreceptor – nanobiossensor do tipo PEBBLE. A ligação do analito a 
este biorreceptor está associada a uma alteração da conformação do biorreceptor, que 
pode ser detectada por fluorescência ou outras técnicas de detecção. 
 
 
 16
Nanobiossensores 
 
 
Figura 10: Pedido de patente de nanobiossensor para detecção de moléculas de pequena dimensão 
 
 
4.2 Diagnóstico tecnológico na área dos nanobiossensores 
 
Foi efectuada uma análise ao panorama de patenteamento na área técnica dos 
nanobiossensores, com o apoio da Thomson Innovation, uma ferramenta comercial de 
pesquisa e análise de base de dados comercial fornecida pela Thomson/Reuters. Esta 
análise visou identificar quais as principais empresas/instituições que fizeram pedidos 
de patente na área dos nanobiossensores (Figura 11) e também quais os principais 
países intervenientes nesta área (Figura 12). Analisou-se ainda a evolução da 
publicação de patentes ao longo da presente década (Figura 13). 
 
 17
Nanobiossensores 
 
 
 
 
 
Figura 11: Número de publicações das principais empresas ou instituições que fizeram pedidos de 
patente na área dos biossensores e biochips no período de 2000 a 2009. 
 
Como se pode constatar no gráfico da Figura 11, os três principais requerentes 
identificados na área dos biossensores e também dos biochips são a Philips, o CNRS - 
Centre National de la Recherche Scientifique (França) e o Korea Advanced Institute of 
Science & Technology (KAIST). 
Em termos da actividade de investigação e desenvolvimento de cada uma delas, a 
Philips tem incidido sobre biossensores que utilizam nanopartículas magnéticas, como 
aliás foi descrito no capítulo anterior. Quanto ao CNRS, uma das suas patentes refere-
se a um biossensor piezoeléctrico que, como referido anteriormente, efectua 
detecções de alteração de massa referentes a processos biológicos. Por fim, o KAIST 
tem privilegiado o desenvolvimento de biossensores de nanotubos para detecção de 
diversas moléculas alvo. 
 
 
 
 
 
 
 
 18
Nanobiossensores 
 
 
 
Figura 12: Gráfico do número de publicações por país de patentes na área dos biossensores e biochips 
no período de 2000 a 2009. 
 
Relativamente ao número de publicações, tendo por base o país de prioridade, (Figura 
12), verifica-se que apesar dos maiores requerentes em volume de pedidos não serem 
oriundos dos Estados Unidos, o número de empresas que se dedicam aos biossensores 
neste país é bastante elevado, facto que explica a preponderância dos EUA em número 
de publicações. Em seguida, prevalecem em número de publicações o Japão e a Coreia, 
sendo notório que as empresas destes países apostam fortemente na tecnologia de 
biossensores. 
 
 
Figura 13: Gráfico da evolução do número de publicações no período de 2000 a 2009. 
 
 19
Nanobiossensores 
 
 
Na evolução do número de publicações ao longo da última década (Figura 13) 
constata-se uma marcada tendência de aumento, o que está em consonância com a 
importância crescente desta tecnologia a nível mundial, quer em termos de 
investigação e desenvolvimento, quer em termos de disponibilização de produtos 
comerciais. Depreende-se assim que existe uma crescente apetência do mercado por 
esta tecnologia, o que tenderá a servir de motor ao investimento neste sector, sendo 
previsível que o mesmo continue a crescer nos próximos anos. 
 
 
 
5 CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS FUTURAS 
 
A nanomedicina começa agora a ser uma realidade, a começar com o nanodiagnóstico, 
onde serão especialmente úteis os nanobiossensores. Estes dispositivos, que 
representam uma tendência em expansão e cada vez mais influente, permitem a 
realização de múltiplas análises clínicas personalizadas e diagnósticos precisos num só 
dispositivo e, em alguns casos, a partir de casa. 
O modo de obtenção dos resultados destas análises a partir de casa e a transmissão 
desta informação ao médico assistente do doente basear-se-ão em redes de 
comunicação de alta velocidade e serão naturalmente acompanhados pela rápida 
evolução das tecnologias de informação. 
No futuro, as dimensões dos biossensores serão cada vez mais reduzidas, assim como 
a sua resolução espacial e o volume necessário para a detecção; poderão ser obtidos 
resultados de análises complexas em milissegundos. Simultaneamente, os 
biossensores tornar-se-ão ferramentas de diagnóstico cada vez mais usuais e pouco 
dispendiosas [14]. Estes dispositivos permitirão assim eliminar grande parte dos gastos 
associados à realização das análises e diagnósticos clínicos e simultaneamente 
simplificar a aplicação dos mesmos. 
Assim, os nanobiossensores conduzirão a importantes avanços tecnológicos na 
indústria farmacêutica e cuidados de saúde e trarão importantes benefícios 
económicos aos sistemas de saúde. 
No que concerne à importância da Propriedade Industrial na área dos 
nanobiossensores, a análise dos gráficos anteriormente apresentados no diagnóstico 
tecnológico indica que, tratando-se de um campo tecnológico emergente onde é 
previsível um aumento crescente do investimento em I&D, existe um grande número 
de empresas e instituições que desenvolvem trabalhos nesta área, tudo indicando que 
a protecção por direitos de incidência tecnológica, como é o caso de patentes de 
invenção, venha a assumir uma preponderância crescente. Outro facto que aponta 
nesta direcção é que, actualmente, este campo tecnológico ainda assenta muito numa 
fase de investigação e de testes clínicos dos produtos, pelo que à medida
que muitos 
destes desenvolvimentos atingirem a fase de comercialização, será natural que a 
necessidade de protecção num contexto concorrencial de mercado venha a servir de 
estímulo a um aumento crescente das publicações de pedidos de patente, tendência, 
aliás, que já se começa a desenhar, conforme se pôde verificar nos gráficos 
 
 20
Nanobiossensores 
 
apresentados anteriormente. O mesmo será verdade em relação a todos os direitos de 
incidência comercial, como sejam as marcas, os logótipos e os desenhos ou modelos, 
que permitirão garantir a eficácia distintiva do marketing dos diferentes produtos. 
Desta forma, a Propriedade Industrial deverá assumir um relevo crescente na área dos 
biossensores, salvaguardando o carácter diferenciador dos diferentes 
desenvolvimentos tecnológicos, maximizando as sinergias entre a Investigação e o 
mercado e servindo de estímulo ao investimento nesta área técnica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 21
Nanobiossensores 
 
 
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 22
Nanobiossensores 
 
 
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http://www.sdu.dk/~/media/Files/Om_SDU/Faellesadministrationen/Forskerservice/p
dffiler/Patenter/Omnisensing%20nanobiosensor.ashx 
 
http://www.pharmainfo.net/reviews/application-nanobiosensors-and-biochips-health-
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Notícias: 
 
http://nanobugle.wordpress.com/2009/06/26/nanobiosensor-to-detect-tumors/ 
 
http://www.designawards.com.au/application_detail.jsp?status=2&applicationID=226
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http://medgadget.com/archives/2010/04/nanobiochip_detects_oral_cancer.html 
 
http://www.dailytech.com/Nanowires+Detect+Cancer+Biomarkers+in+Whole+Blood/a
rticle17119.htm 
 
http://www.cli-online.com/featured-articles/clinical-applications-of-a-programmable-
nano-bio-chip/index.html 
 
http://www.noticias21.com/node/237 
 
http://www.tdtonline.org/PDF/Revista0.pdf 
 
http://www.newscenter.philips.com/main/standard/news/backgrounders/2010/2010
0107_magnetic_biosensor.wpd 
 
http://dn.sapo.pt/inicio/ciencia/interior.aspx?content_id=1514305 
http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/ne
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http://www.publico.pt/Sociedade/laboratorio-de-nanotecnologia-vai-privilegiar-area-
da-saude_1392132