No estudo dos nanofios, especialmente dos nanotubos de carbono (CNTs) alinhados verticalmente (VA-CNTs), observa-se que qualquer mudança na direção de crescimento tende a ser abrupta, reta e angular, o que impacta diretamente no isolamento de tubos individuais e no desempenho dos CNTs em forma bulk. Esse fato limita a viabilidade comercial e o desempenho dos dispositivos baseados nesses materiais. VA-CNTs demonstram menor variabilidade no alinhamento e na densidade de empacotamento em comparação com outros tipos de nanofios, em grande parte devido ao domínio dos métodos de deposição por vapor químico (CVD) na produção desses nanotubos, enquanto os nanofios podem ser fabricados por diversos processos, cada um oferecendo diferentes graus de alinhamento e densidade.

Quando comparamos nanotubos multi-paredes (MWNT) aos de parede única (SWNT), percebe-se que os MWNT apresentam geralmente maior alinhamento vertical e evitam a formação de regiões espirais locais (spindling). Já os nanotubos alinhados horizontalmente (HA-CNTs) podem ser obtidos em larga escala pós-síntese, frequentemente a partir de florestas de VA-CNTs, por meio de alinhamento ex situ. Contudo, o alinhamento in situ, que implica controle direcional durante o crescimento, é mais complexo e abrange três técnicas principais: grafopitepia (orientação guiada pela rede cristalina do substrato), alinhamento induzido por fluxo gasoso e alinhamento por campos elétricos ou magnéticos.

A grafopitepia explora as assimetrias na rede atômica do substrato ou suas contornos físicos para guiar o crescimento dos nanotubos, resultando em alto grau de alinhamento, embora a densidade de empacotamento nem sempre seja elevada. A combinação do fluxo gasoso com a orientação da rede tem mostrado resultados promissores, alcançando altos níveis de alinhamento e densidades superiores. Por sua vez, o alinhamento por campos elétricos ou magnéticos demanda crescimento em ambiente controlado, com aplicação de campos externos, mas pode apresentar variações na densidade e no alinhamento devido às mudanças espaciais e temporais desses campos durante o processo. O alinhamento por fluxo gasoso depende do movimento dos gases precursores e da cinética do catalisador, o que explica as variações observadas nos resultados finais.

A densidade linear e o grau de alinhamento (DoA) são parâmetros fundamentais para avaliar os nanofios. A densidade linear refere-se ao número de nanofios por unidade de comprimento (μm), enquanto o DoA indica a uniformidade do alinhamento. Uma meta-análise dos dados disponíveis mostra que a técnica de crescimento tem maior influência sobre o DoA do que o material dos nanofios propriamente dito. Por exemplo, técnicas como CVD e a modelagem eletroquímica com template tendem a produzir nanofios com alto alinhamento e densidade linear elevada, devido à alta nucleação simultânea e às interações de Van der Waals entre os nanofios adjacentes. Em contraste, métodos hidrotermais e de solução aquosa produzem densidades e alinhamentos geralmente mais baixos.

O campo do crescimento alinhado de nanofios é vasto e guiado pelas aplicações finais dos nanomateriais. Entretanto, é notório que a miniaturização contínua dos componentes de engenharia favorece o emprego de técnicas CVD, que oferecem controle preciso sobre alinhamento e densidade linear, apontando para um caminho viável de comercialização e aplicação nos próximos anos.

Além disso, é importante compreender que a interação entre os nanofios e o ambiente de crescimento — seja a superfície do substrato, os campos externos, ou as condições do fluxo gasoso — não atua isoladamente, mas sim como um sistema complexo e dinâmico que determina as propriedades finais do nanofio. A compreensão detalhada desses processos é essencial para a engenharia de nanomateriais com propriedades ajustáveis para aplicações específicas em nanoeletrônica, sensores, dispositivos optoeletrônicos e outras áreas emergentes. O controle rigoroso do alinhamento e da densidade afeta diretamente características elétricas, mecânicas e ópticas, e a integração desses nanofios em dispositivos reais depende de tais parâmetros.

Como detectar células cancerígenas com microporos: o que os pulsos de corrente revelam sobre o câncer

A técnica de pulsos resistivos representa uma abordagem altamente sensível para a detecção de células vivas em soluções biológicas, com destaque para a identificação de células tumorais circulantes (CTCs). A base do método reside na medição da corrente iônica através de um microporo sólido, cuja passagem de uma célula provoca uma diminuição abrupta e mensurável dessa corrente. A magnitude dessa queda está diretamente relacionada ao tamanho da célula: células cancerígenas, sendo tipicamente maiores que glóbulos vermelhos (RBCs) e glóbulos brancos (WBCs), produzem variações de corrente mais intensas. Cada evento de queda de corrente corresponde à translocação de uma única célula pelo microporo, permitindo não apenas sua detecção individual, mas também a inferência da concentração celular no fluido amostral, uma métrica que pode indicar o estágio do tumor primário.

O dispositivo experimental é composto por um chip de microporo posicionado entre dois blocos de Teflon, que contêm soluções eletrolíticas (NaCl ou KCl). O sangue enriquecido com células cancerígenas é centrifugado, e o pellet celular é suspenso na solução eletrolítica antes de ser injetado no sistema. Eletrodos de Ag/AgCl monitoram a corrente iônica através do microporo. À medida que as células atravessam o microporo, oferecem resistência ao fluxo iônico, resultando em uma queda mensurável da corrente. A frequência desses eventos revela a concentração celular; o tempo de pulso, por sua vez, fornece informações sobre o tamanho das células. Essa metodologia permite distinguir diferentes tipos celulares com base em seus perfis eletroquímicos de translocação.

No entanto, um desafio significativo emerge quando células de tamanhos semelhantes coexistem no mesmo fluido biológico. Por exemplo, algumas CTCs podem ter dimensões compatíveis com certos leucócitos, dificultando sua distinção apenas por pulsos resistivos. Para contornar essa limitação, desenvolveu-se o conceito de microporos quimicamente ativados, cuja superfície interna é funcionalizada com ligantes específicos que interagem seletivamente com marcadores moleculares presentes na membrana das células-alvo.

Esses ligantes podem ser aptâmeros ou anticorpos monoclonais, escolhidos de acordo com o biomarcador expresso na superfície celular. Aptâmeros específicos para receptores como o EGFR — comumente superexpresso em células tumorais — podem ser imobilizados no interior dos microporos. Isso modifica o comportamento de translocação da célula, geralmente retardando sua passagem, o que se reflete em um pulso de corrente com características distintas. A comparação entre microporos funcionalizados e não funcionalizados, como demonstrado por Bellah e colaboradores, mostra uma clara diferença no padrão de passagem das células tumorais, confirmando a eficácia da funcionalização química para fins de discriminação celular.

Outra estratégia avançada envolve arrays de microporos fabricados sobre membranas de nitreto de silício, recobertos com uma fina camada metálica (Au/Cr) e funcionalizados por inserção seletiva de moléculas-sonda. As células são aplicadas sobre a superfície superior do array, e sucção é exercida pela face oposta, fazendo com que células compatíveis com os ligantes fiquem presas nos microporos. Ensaios realizados com e sem a funcionalização demonstram que apenas os microporos ativados retêm eficientemente as células-alvo, comprovando o papel fundamental da especificidade química na captura celular.

É crucial ressaltar que, mesmo com a sensibilidade da técnica de pulsos resistivos, sua eficácia pode ser severamente comprometida na ausência de estratégias complementares de funcionalização, especialmente quando se trata de detectar populações celulares raras, como as CTCs no início do desenvolvimento tumoral. Além disso, a simples coincidência dimensional entre diferentes tipos celulares leva a si

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