BIOSENSORES BASADOS EN NANOPARTÍCULAS METÁLICAS: LOS DISPOSITIVOS PERSONALES DEL FUTURO
Los biosensores son usados en la vida cotidiana, por ejemplo, se utilizan para medir sustancias bioquímicas clave en la detección o monitoreo de enfermedades, como los niveles de glucosa en sangre para el diagnóstico y monitoreo de la diabetes. Esta tecnología se desarrolló el siglo pasado, en la década de 1960, cuando los detectores de pH u oxígeno fueron modificados con enzimas inmovilizadas en su superficie para detectar glucosa. A partir de ese momento, a través de grandes esfuerzos de investigación, pero sobre todo de la imaginación del ser humano, se han ideado prototipos de biosensores dignos de la mejor literatura de ciencia ficción.
Pero, ¿qué son los biosensores?, ¿cómo pueden mejorar nuestra calidad de vida? y ¿cómo la nanotecnología puede ayudar a su desarrollo? Estas son preguntas que intentaré responder en las siguientes líneas.
De acuerdo con la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), un biosensor es un dispositivo que proporciona información analítica selectiva cuantitativa o semicuantitativa, integrado por al menos dos elementos principales: un receptor y un transductor. El receptor es una membrana o soporte que contiene biomoléculas inmovilizadas, las cuales interactúan con las moléculas que se desean detectar (analitos). Debido a la interacción entre las biomoléculas inmovilizadas y el analito se produce una señal fisicoquímica, la cual es transformada por el transductor en una señal medible.
Recuerdas esa película donde un conocido superhéroe se ve obligado a medir constantemente los niveles de toxicidad en su sangre, ¿qué tan lejos estamos en la vida real de tener un dispositivo similar que se comunique con nuestro celular móvil?
Los biosensores portátiles tienen la capacidad de mejorar la calidad de vida del ser humano, debido a su poderoso potencial en la medicina personalizada y en el monitoreo continuo de la salud humana, por lo que se realizan esfuerzos a nivel mundial en el desarrollo de receptores y transductores que permitan la cuantificación en tiempo real, no invasiva, de componentes químicos en el cuerpo humano, usando el sudor, la saliva y las lágrimas. De esta manera, se busca desarrollar nuevos dispositivos electrónicos portátiles para aplicaciones en el deporte, la medicina, la industria, la milicia o en investigaciones relacionadas con la salud pública.
Las nanopartículas metálicas se están utilizando en el desarrollo de materiales de alto desempeño para biosensores. Los metales nobles como el oro, la plata y el platino son químicamente inertes en su presentación a macroescala, pero presentan características fisicoquímicas únicas e interesantes en la nanoescala.
Las nanopartículas del mismo metal presentan diferentes propiedades dependiendo de su morfología (nano-esferas, nano-cavidades, nano-triángulos) o dependiendo de la forma en la que se ensamblan (nano-cables, nano-tubos, aleaciones bimetálicas, estructuras de núcleo-cubierta), lo cual aumenta significativamente las posibilidades de biocompatibilidad, reconocimiento y transducción de los biosensores. Además, las nanopartículas metálicas pueden actuar como plataformas de inmovilización en el receptor y también pueden acelerar la transferencia de electrones, catalizar la reacción de las moléculas receptoras, amplificar los cambios en la masa, y mejorar las propiedades ópticas.
Con el crecimiento científico y tecnológico en nanotecnología, en comunicación móvil y en electrónica portátil, se obtienen oportunidades sin precedentes de desarrollar sistemas de biosensores miniaturizados montados en plataformas portátiles y con comunicación móvil. Estos dispositivos complejos permiten realizar pruebas de monitoreo en el punto de atención (POCT, por sus siglas en inglés) o llevar los análisis clínicos del laboratorio tradicional a un dispositivo miniaturizado (LoC, Lab-on-a-Chip), el cual -apoyado de la microfluídica y la nanotecnología- puede realizar análisis bioquímicos complejos, como PCR, separación de proteínas, y hasta estudios de la expresión de miles de secuencias génicas.
La implementación exitosa de tales tecnologías conducirá a una intervención mínima del usuario durante la operación, así como una evaluación clínica inmediata y remota; permitiendo usar dispositivos inteligentes, como teléfonos celulares en tareas de evaluación clínica en tiempo real.
En el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada de la UNAM encontrarás grupos de investigación enfocados al desarrollo de nanopartículas y nanoestructuras, así como investigaciones enfocadas al descubrimiento, desarrollo y síntesis de nuevos materiales para la implementación en dispositivos de sensado de última generación. Si esta lectura te ha motivado a conocer más sobre este tema o temas relacionados; te invito a seguirme en twitter: @AngelFQ97 y en mi página web https://sites.google.com/view/ar-hernandez-martinez/main.
DR. ÁNGEL RAMÓN HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
INVESTIGADOR DEL CENTRO DE FÍSICA APLICADA Y TECNOLOGÍA AVANZADA
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO, CAMPUS JURIQUILLA
ARHM@FATA.UNAM.MX
FUENTES DE INFORMACIÓN:
- R. Hernandez-Martinez et.al., Mater. Sci. and Eng.: C, 104, 2019, 109978, doi: 10.1016/j.msec.2019.109978.
- Zhang M et.al., Biosens Bioelectron., 32 (1), 2012, 288-292, doi: 10.1016/j.bios.2011.12.008
- Zhong X et.al., Talanta, 128, 2014, 9–14, doi: 10.1016/j.talanta.2014.03.071
- Malekzad H et.al., Nanotechnology reviews, 6 (3), 2017, 301–329, doi: 10.1515/ntrev-2016-0014
