Nuevos nanosensores hacen más sensibles los procedimientos de diagnóstico
Los nanosensores pueden utilizarse para seguir reacciones con luz invisible, ahorrando materiales y tiempo
El Instituto Fraunhofer de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos (IMS) y la Universidad Ruhr de Bochum (Alemania) han desarrollado un proceso que permite una nueva forma de amplificación de señales para pruebas de diagnóstico. Mediante el uso avanzado de Nanotubos de carbono luminiscentes de pared simple en bioanálisis, los procedimientos de prueba pueden llevarse a cabo de forma más sensible, rápida y barata. Los sensores pueden utilizarse en procesos enzimáticos. Su adaptabilidad a distintas condiciones de reacción abre una amplia gama de aplicaciones para métodos estándar como los ELISA, abreviatura de Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas). Los resultados se publicaron el 15 de diciembre de 2023 en la revista "Angewandte Chemie International Edition". Abren nuevas posibilidades para mejorar los procedimientos de diagnóstico y ahorrar agentes de detección.
Los límites de diagnóstico pueden mejorarse con un sensor de carbono luminoso
Muchos procedimientos de diagnóstico utilizan la luz para detectar la cantidad de una sustancia determinada. Puede tratarse de una sustancia coloreada o luminiscente. Por desgracia, hay muchas señales de fondo en el rango de luz visible. Para desplazar la señal óptica de una medición a un rango espectral mejor, los investigadores utilizaron tubos de carbono de menos de un nanómetro de diámetro. Esto es unas 100.000 veces más fino que un cabello humano. Los sensores emiten fluorescencia en el rango del infrarrojo cercano, que no es visible para el ojo humano, y no se decoloran. Además, la fluorescencia de los sensores es sensible a su entorno químico gracias a una modificación en su superficie. Esto permite observar las reacciones químicas y detectar los productos de reacción cuando interactúan con el nanotubo.
La fluorescencia de los nanotubos desplaza la señal hacia el infrarrojo cercano, lo que, combinado con la alta sensibilidad de los nanotubos, da lugar a un desplazamiento del límite de detección. Esto es importante, por ejemplo, cuando los marcadores de una enfermedad están presentes en niveles muy bajos en una infección o enfermedad como el cáncer.
Desplazamiento del límite de detección con nanosensores sensibles
La capacidad de adaptar los nanotubos a diferentes analitos abre un amplio abanico de posibilidades, entre ellas el aumento de la sensibilidad. Este aumento de la sensibilidad permite modificar los límites de detección, lo que puede suponer un ahorro de tiempo y material en los procesos de diagnóstico. Este enfoque innovador podría aumentar considerablemente la eficacia de los métodos de detección en el diagnóstico médico.
El sensor detecta diferentes sustratos
El grupo demostró que el nuevo principio de sensor funciona utilizando los sustratos p-fenilendiamina y tetrametilbencidina para la enzima peroxidasa de rábano picante. "Esta enzima se utiliza en diversos métodos de detección bioquímica", explica Justus Metternich, del Fraunhofer IMS. "En principio, sin embargo, el concepto puede aplicarse a todo tipo de sistemas. Por ejemplo, también hemos investigado la enzima β-galactosidasa, de interés para aplicaciones de diagnóstico. Con unas pocas modificaciones, también podría utilizarse en biorreacciones".
En el futuro, el grupo planea adaptar los sensores para otras aplicaciones. Por ejemplo, dependiendo de la aplicación, los sensores podrían hacerse más estables con los llamados defectos cuánticos. "Esto sería especialmente ventajoso si no sólo se quiere medir en soluciones acuosas sencillas, sino que también se quieren seguir reacciones enzimáticas en entornos complicados con células, en la sangre o en un biorreactor propiamente dicho", explica Sebastian Kruss, catedrático de Química Física de la Universidad del Ruhr de Bochum y jefe del grupo de investigación Nanosensores biomédicos del Fraunhofer IMS.
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