Detección de bacterias y virus con nanotubos fluorescentes
Personalización sencilla de biosensores de nanotubos de carbono
El nuevo diseño del sensor se asemeja a una caja de herramientas molecular que puede utilizarse para ensamblar rápidamente sensores con diversos fines.
Modelo impreso en 3D de un nanotubo de carbono, el principal componente de los nuevos biosensores. A diferencia de este modelo impreso en 3D, los nanotubos reales son 100.000 veces más finos que un cabello humano.
© RUB, Marquard
Justus Metternich (izquierda) y Sebastian Kruss (derecha) están desarrollando sensores de nanotubos de carbono para aplicaciones biológicas. En la imagen se les ve sosteniendo un modelo simplificado de un nanotubo de este tipo.
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Montaje experimental para la producción de los defectos de guanina: Se utilizan LED y el fotosensibilizador rosa de bengala para producir una forma reactiva de oxígeno que puede unir selectivamente determinadas bases de ADN al nanotubo.
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Un equipo de investigación interdisciplinar de Bochum, Duisburgo y Zúrich ha desarrollado un nuevo método para construir sensores ópticos modulares capaces de detectar virus y bacterias. Para ello, los investigadores utilizaron nanotubos de carbono fluorescentes con un novedoso tipo de anclajes de ADN que actúan como asas moleculares. Las estructuras de anclaje pueden utilizarse para conjugar unidades de reconocimiento biológico, como anticuerpos aptámeros, con los nanotubos. Posteriormente, la unidad de reconocimiento puede interactuar con moléculas bacterianas o víricas con los nanotubos. Estas interacciones afectan a la fluorescencia de los nanotubos y aumentan o disminuyen su brillo.
Un equipo formado por el profesor Sebastian Kruss, Justus Metternich y cuatro colaboradores de la Universidad del Ruhr de Bochum (Alemania), el Instituto Fraunhofer de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos y la ETH de Zúrich comunicaron sus hallazgos en la revista Journal of the American Chemical Society, publicada en línea el 27 de junio de 2023.
Personalización sencilla de biosensores de nanotubos de carbono
El equipo utilizó nanosensores tubulares de carbono con un diámetro inferior a un nanómetro. Cuando se irradian con luz visible, los nanotubos de carbono emiten luz en el rango del infrarrojo cercano. La luz infrarroja cercana no es visible para el ojo humano. Sin embargo, es perfecta para aplicaciones ópticas, porque el nivel de otras señales en este rango es muy reducido. En estudios anteriores, el equipo de Sebastian Kruss ya había demostrado cómo se puede manipular la fluorescencia de los nanotubos para detectar biomoléculas vitales. Ahora, los investigadores buscaban una forma de personalizar los sensores de carbono para utilizarlos con distintas moléculas diana de manera sencilla.
La clave del éxito fueron las estructuras de ADN con los llamados defectos cuánticos de guanina. Se trataba de unir bases de ADN al nanotubo para crear un defecto en la estructura cristalina del nanotubo. Como resultado, la fluorescencia de los nanotubos cambiaba a nivel cuántico. Además, el defecto actuó como un asa molecular que permitió introducir una unidad de detección, que puede adaptarse a la molécula diana respectiva con el fin de identificar una proteína vírica o bacteriana específica. "Mediante la unión de la unidad de detección a los anclajes de ADN, el ensamblaje de un sensor de este tipo se asemeja a un sistema de bloques de construcción, con la diferencia de que las piezas individuales son 100.000 veces más pequeñas que un cabello humano", subraya Sebastian Kruss.
El sensor identifica distintas dianas bacterianas y víricas
El grupo presentó el nuevo concepto de sensor utilizando como ejemplo la proteína CoV-2 del SRAS. Para ello, los investigadores utilizaron aptámeros que se unen a la proteína CoV-2 del SRAS. "Los aptámeros son cadenas plegadas de ADN o ARN. Debido a su estructura, pueden unirse selectivamente a proteínas", explica Justus Metternich. "En el siguiente paso, se podría transferir el concepto a anticuerpos u otras unidades de detección".
Los sensores fluorescentes indicaron la presencia de la proteína SARS-CoV-2 con un alto grado de fiabilidad. La selectividad de los sensores con defectos cuánticos de guanina fue superior a la de los sensores sin tales defectos. Además, los sensores con defectos cuánticos de guanina eran más estables en solución. "Esto es una ventaja si se piensa en mediciones más allá de las simples soluciones acuosas. Para las aplicaciones de diagnóstico, tenemos que medir en entornos complejos, por ejemplo, con células, en la sangre o en el propio organismo", afirma Sebastian Kruss, que dirige el Grupo de Interfaces Funcionales y Biosistemas de la Universidad del Ruhr de Bochum y es miembro del Clúster de Excelencia Ruhr Explora la Solvación (RESOLV) y de la Escuela Internacional de Posgrado en Neurociencia.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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