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Investigadores de la Universidad de Brown, en Rhode Island, Estados Unidos, han desarrollado un nuevo sensor de biochip que puede medir selectivamente concentraciones de glucosa en una solución compleja similar a la saliva humana. El avance, publicado en Nanophotonics (DOI: 10.1515/nanoph-2013-0057.), es significativo porque podría posibilitar el diseño de un dispositivo que permita a las personas con diabetes medir los niveles de glucosa sin extraer su sangre.
El nuevo chip hace uso de una serie de reacciones químicas específicas junto con interferometría plasmónica, un medio de detección de la firma química de los compuestos utilizando la luz. El dispositivo es lo suficientemente sensible como para detectar diferencias en las concentraciones de glucosa que equivalen a unos pocos miles de moléculas en el volumen muestreado.
«Hemos demostrado la sensibilidad necesaria para medir las concentraciones típicas de glucosa en la saliva, que suelen ser cien veces menores que en la sangre», explica el director de la investigación, Domenico Pacifici, profesor asistente de Ingeniería en la Universidad Brown. «Ahora somos capaces de hacerlo con una especificidad muy alta, lo que supone que podemos diferenciar glucosa a partir de los componentes de fondo de la saliva», añade.
El biochip consiste en una pieza de una pulgada cuadrada de cuarzo recubierto con una fina capa de plata. Grabados en la plata a nanoescala están los miles de interferómetros , diminutas rendijas con una ranura en cada lado de 200 nanómetros de ancho. La hendidura es de 100 nanómetros de ancho, cerca de 1000 veces más finos que un cabello humano.
Cuando la luz brilla en el chip, las ranuras provocan una onda de electrones libres en la plata, un polariton plasmón superficial, que se propaga hacia la ranura. Esas ondas interfieren con la luz que pasa a través de la ranura y los sensibles detectores miden los patrones de interferencia generados por las ranuras y hendiduras.
De esta forma, cuando se deposita un líquido en el chip, la luz y las ondas de plasmones superficiales se propagan a través del líquido que antes que interfieran entre sí, alterando los patrones de interferencia recogidos por los detectores, dependiendo de la composición química del líquido.
Mediante el ajuste de la distancia entre las ranuras y el centro de la hendidura, los interferómetros pueden calibrarse para detectar las firmas de compuestos o moléculas específicos, con alta sensibilidad en extremadamente pequeños volúmenes de muestra.
Ya en un artículo publicado en 2012, el equipo de Brown mostró que los interferómetros en un biochip podrían detectar la glucosa en agua. Sin embargo, la detección selectiva de la glucosa en una solución compleja como la saliva humana era otro tema.
«La saliva es alrededor del 99 % agua, por lo que ese 1 % es el que presenta los problemas –señala Pacifici–. Hay enzimas, sales y otros componentes que pueden afectar a la respuesta del sensor. Con este trabajo, hemos resuelto el problema de la especificidad de nuestro esquema de detección». Estos expertos lo lograron usando la química del tinte para crear un marcador rastreable para la glucosa.
Los investigadores añadieron canales de microfluidos al chip para introducir dos enzimas que reaccionan con la glucosa de una manera muy específica. La primera enzima, glucosa oxidasa, reacciona con la glucosa para formar una molécula de peróxido de hidrógeno que reacciona con la segunda enzima, peroxidasa del rábano, para generar una molécula llamada resorufina, que puede absorber y emitir luz roja, coloreando la solución.
Entonces, los científicos pudieron sintonizar los interferómetros para buscar las moléculas de resorufina rojas. «La reacción ocurre de una forma de uno a uno: una molécula de glucosa genera una molécula de resorufina –detalla Pacifici–. Así que podemos contar el número de moléculas de resorufina en la solución e inferir el número de moléculas de glucosa que estuvieron originalmente presentes en la solución».
El equipo probó su combinación de la química del colorante y la interferometría plasmónica mediante la búsqueda de la glucosa en saliva artificial, una mezcla de agua, sales y enzimas que se asemeja a la humana real. Así, encontraron que podían detectar resorufina en tiempo real con una gran precisión y especificidad y lograron detectar cambios en la concentración de glucosa de 0,1 micromoles por litro, diez veces la sensibilidad que se puede lograr mediante interferómetros.
El siguiente paso en el trabajo, según Pacifici, es comenzar a probar el método en la saliva humana real. En última instancia, los investigadores esperan poder desarrollar un dispositivo pequeño y autónomo que pudiera dar a los diabéticos una forma no invasiva de monitorizar sus niveles de glucosa. «Ahora estamos calibrando este dispositivo para la insulina», informa Pacifici Said, quien añade que se podría usar también para detectar toxinas en el aire o el agua o en el laboratorio para controlar las reacciones químicas que se producen en el área del sensor en tiempo real.
junio 11/2014 (Diario Salud)
Vince S. Siu, Jing Feng, Patrick W. Flanigan, G. Tayhas R. Palmore, Domenico Pacifici.A “plasmonic cuvette”: dye chemistry coupled to plasmonic interferometry for glucose sensing.Nanophotonics. Volume 3, Issue 3, Pages 125–140.May 6 2014
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