Sensores de plástico de bajo costo podrían monitorizar un rango de afecciones de salud

Sensores baratos para monitorizar la salud
KAUST
Publicado 25/06/2018 7:14:36CET

   MADRID, 25 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un sensor de bajo costo fabricado con plástico semiconductor que se puede utilizar para diagnosticar o controlar una amplia gama de problemas de salud, como complicaciones quirúrgicas o enfermedades neurodegenerativas, según informan los autores en un artículo publicado en la revista 'Science Advances'.

   El sensor puede medir la cantidad de metabolitos críticos, como lactato o glucosa, que están presentes en el sudor, las lágrimas, la saliva o la sangre y, cuando se incorporan a un dispositivo de diagnóstico, podrían permitir monitorizar los trastornos de salud de manera rápida, económica y precisa. El nuevo dispositivo tiene un diseño mucho más simple que los sensores existentes, y abre una amplia gama de nuevas posibilidades para el control de la salud hasta el nivel celular.

   El dispositivo fue desarrollado por un equipo dirigido por la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah, (KAUST, por sus siglas en inglés) en Arabia Saudita. Los plásticos semiconductores, como los utilizados en el trabajo actual, se están desarrollando para su uso en células solares y productos electrónicos flexibles, pero aún no se han utilizado ampliamente en aplicaciones biológicas.

   "En nuestro trabajo, hemos superado muchas de las limitaciones de los biosensores electroquímicos convencionales que incorporan enzimas como material de detección", dice la autora principal, la doctora Anna-Maria Pappa, investigadora postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de Cambridge. "En los biosensores convencionales, la comunicación entre el electrodo del sensor y el material sensor no es muy eficiente, por lo que ha sido necesario agregar cables moleculares para facilitar y 'potenciar' la señal", detalla.

   Para construir su sensor, Pappa y sus colegas utilizaron un polímero recién sintetizado desarrollado en el Imperial College que actúa como un cable molecular, aceptando directamente los electrones producidos durante las reacciones electroquímicas. Cuando el material entra en contacto con un líquido como el sudor, las lágrimas o la sangre, absorbe iones y se hincha y se fusiona con el líquido. Esto conduce a una sensibilidad significativamente mayor en comparación con los sensores tradicionales hechos de electrodos de metal.

DETECCIÓN DE DIVERSOS METABOLITOS

   Además, cuando los sensores se incorporan en circuitos más complejos, como los transistores, la señal puede amplificarse y responder a pequeñas fluctuaciones en la concentración de metabolitos, a pesar del pequeño tamaño de los dispositivos. Las pruebas iniciales de los sensores se usaron para medir los niveles de lactato, que es útil en aplicaciones de acondicionamiento físico o para monitorizar pacientes después de la cirugía.

   Sin embargo, según los investigadores, el sensor puede modificarse fácilmente para detectar otros metabolitos, como la glucosa o el colesterol, mediante la incorporación de la enzima apropiada, y el rango de concentración que el sensor puede detectar se puede ajustar cambiando la geometría del dispositivo.

   "Ésta es la primera vez que se puede usar un polímero aceptor de electrones que se puede adaptar para mejorar la comunicación con las enzimas, lo que permite la detección directa de un metabolito: esto no ha sido sencillo hasta ahora --dice Pappa--. Abre nuevas direcciones en biodetección, donde los materiales pueden diseñarse para interactuar con un metabolito específico, lo que resulta en sensores mucho más sensibles y selectivos".

   Dado que el sensor no consiste en metales tales como oro o platino, se puede fabricar a un costo menor y es posible incorporarlo fácilmente en sustratos flexibles y estirables, lo que permite su implementación en aplicaciones de detección portátiles o implantables.

   "Un dispositivo implantable podría permitirnos controlar la actividad metabólica del cerebro en tiempo real bajo condiciones de estrés, como durante o inmediatamente antes de un ataque y podría usarse para predecir convulsiones o para evaluar el tratamiento", apunta Pappa.

Los investigadores ahora planean desarrollar el sensor para controlar la actividad metabólica de las células humanas en tiempo real fuera del cuerpo. El grupo de Sistemas y Tecnologías Bioelectrónicos donde se basa Pappa se centra en desarrollar modelos que puedan imitar a nuestros órganos, junto con tecnologías que puedan evaluarlos con precisión en tiempo real. La tecnología de sensor desarrollada se puede utilizar con estos modelos para probar la potencia o toxicidad de los fármacos.

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