As reações de PCR amplificam o ADN em amostras mínimas, auxiliando os investigadores no estudo detalhado de agentes patogénicos. Controlar a temperatura a que estas reações ocorrem é crucial. No entanto, a medição da temperatura com os termómetros tradicionais, que dependem do contacto com a amostra, apresenta vários desafios. O equipamento deve permitir a preparação rápida de novas amostras para maximizar a sua utilização, o que não é viável com métodos de contacto direto e impede medições precisas. Além disso, o contacto direto representa um risco de contaminação cruzada entre amostras. Ademais, o sensor de temperatura necessita de ser calibrado com precisão.
Para auxiliar os fabricantes de equipamentos de laboratório a ultrapassar estes desafios, a Melexis desenvolveu sensores de infravermelhos longos, como o MLX90614 (para montagem em furo passante) e o MLX90632 (para montagem em superfície). Estes sensores são calibrados de fábrica e concebidos para manter uma elevada precisão em ambientes ruidosos e termicamente dinâmicos.
Controlo da Temperatura na Análise por PCR:
A análise por PCR compreende três processos, começando com uma etapa de alta temperatura denominada desnaturação. Esta etapa é realizada a 94–98°C para cortar a estrutura de dupla hélice do ADN em duas moléculas de ADN molde de cadeia simples. Na etapa seguinte, o anelamento, as moléculas de primer de ADN são forçadas a ligar-se seletivamente às duas moléculas de ADN molde. A temperatura deve ser controlada com precisão para garantir que os iniciadores se ligam corretamente. A etapa final é denominada de elongação e é tipicamente realizada a 72°C. Aqui, os nucleótidos (os blocos de construção do ADN/ARN) em solução reagem com o molde e o primer para criar moléculas de cadeia dupla.
Em conjunto, estas três etapas convertem uma molécula de ADN em duas moléculas de cadeia dupla (Figura 1). A repetição do ciclo, duplicando o número de moléculas de cada vez, cria rapidamente um grande número de moléculas (após, digamos, 40 ciclos, existirão 2^40 = 1.099.511.627.776 moléculas), facilitando assim a detecção subsequente por outros métodos.
Detecção de temperatura sem contacto
Os termocicladores são componentes essenciais de equipamentos utilizados para facilitar reações bioquímicas sensíveis à temperatura. Cada termociclador contém um ou mais blocos de aquecimento com aberturas onde são inseridos tubos contendo reagentes. O termociclador expõe os tubos a um programa de temperatura predeterminado e foi concebido para permitir varrimentos de temperatura rápidos e precisos. Alguns modelos permitem um gradiente de temperatura controlado ao longo do bloco de aquecimento, expondo diferentes amostras a diferentes temperaturas. Este recurso é utilizado principalmente na fase de investigação para otimizar etapas críticas do ciclo térmico.
A precisão dos circuitos de controlo depende da exatidão das leituras dos sensores. Quando as amostras são frequentemente substituídas, pode ser muito difícil para os fabricantes medirem os tubos de forma fiável, utilizando um método de contacto direto. Neste caso, os sensores infravermelhos oferecem uma vantagem significativa, permitindo a medição de temperatura sem contacto. Além disso, o risco de contaminação cruzada entre amostras é consideravelmente reduzido ao evitar o contacto direto.
Os sensores calibrados de fábrica, como o MLX90614, permitem uma fácil implementação no termociclador. O sensor oferece a comodidade do "plug-and-play", permitindo ao utilizador começar a trabalhar imediatamente, sem necessidade de um processo de calibração. O MLX90614 é proposto com diversas opções de campo de visão (FoV), incluindo 90°, 35°, 12°, 10° e 5°. A redução do FoV permite uma maior distância máxima entre o sensor e a amostra.
Com a tendência de tornar os equipamentos mais portáteis e fáceis de utilizar em diversos cenários, o sensor de montagem superficial MLX90632 oferece a vantagem de um formato muito compacto, resultando numa redução significativa de tamanho e peso. Encapsulado como um dispositivo QFN de 3 mm x 3 mm x 1 mm, o sensor responde às alterações de temperatura, mantendo a precisão e a estabilidade. A miniaturização destes sensores facilita também a integração numa matriz de sensores, possibilitando o controlo da temperatura em múltiplos pontos.
Ao melhorar a velocidade e a precisão dos termocicladores, os sensores de infravermelhos como o MLX90632 e o MLX90614 desempenham um papel vital no aumento da precisão e da produtividade dos testes PCR em diversas áreas médicas, para além do combate à COVID-19. O tamanho reduzido do MLX90632 alarga as perspetivas de testes PCR acessíveis e portáteis perto do local de atendimento.
Notavelmente, as versões de grau médico de ambos os sensores oferecem uma precisão ainda maior, dentro de ±0,2 °C, na gama de temperatura corporal humana de 35 a 42 °C. Estes sensores são ideais para utilização em sistemas de rastreio em massa, onde um campo de visão estreito permite uma maior distância de deteção, e em monitores de temperatura pessoal, como dispositivos vestíveis e adesivos, que requerem sensores altamente miniaturizados e sensíveis, mas estáveis e reprodutíveis.
Conclusão:
Os acontecimentos recentes realçaram a necessidade de diagnósticos precisos e rápidos. Os sensores infravermelhos de pequena dimensão desempenham um papel crucial, permitindo que as equipas de laboratório satisfaçam a procura por análises rápidas de amostras biológicas.
Os sensores de temperatura infravermelhos mais modernos combinam um tamanho reduzido e imunidade à interferência térmica para superar os principais desafios técnicos da deteção sem contacto. Estes avanços oferecem inúmeras vantagens, incluindo maior precisão, facilidade de utilização e controlo preciso da temperatura para processos bioquímicos, como a análise por PCR, proporcionando capacidades de diagnóstico rápidas e fiáveis.
