Científicos de la Universidad de Granada (UGR) están trabajando en el desarrollo de un nuevo dispositivo de grafeno para detectar el coronavirus que causa la COVID19. De momento ya disponen de un prototipo.

Los investigadores pertenecen al Laboratorio de Nanoelectrónica, Grafeno y Materiales Bidimensionales, en colaboración con el Grupo de Bioquímica y Parasitología Molecular del profesor Antonio Osuna y el de Bioconjugación que dirige Francisco Santoyo.

Se trata de un dispositivo portátil, autónomo, de fácil manejo y alta sensibilidad, para diagnóstico precoz y seguimiento de la enfermedad, basado en una matriz de biosensores de grafeno que detecta y cuantifica los anticuerpos desarrollados por el paciente en contacto  con el virus.

Los biosensores de grafeno del prototipo permiten detectar y cuantificar los anticuerpos desarrollados por el paciente en contacto con el virus

“Básicamente, hemos diseñado un dispositivo que al ponerlo en contacto con la muestra del paciente (que puede ser saliva, plasma, sangre que lleve información del virus), modifique su respuesta eléctrica (una sencilla medida de corriente y tensión) en pocos minutos, mostrando la información en el  mismo lugar donde se toma la muestra”, señala el catedrático de la UGR Francisco Gámiz, director del laboratorio de Nanoelectrónica.

“Además de ser una herramienta de diagnóstico rápido de pacientes sintomáticos en hospitales y centros de salud, puede implementarse como un dispositivo de detección en hogares de ancianos, lugares de trabajo, y centros educativos”, añade Gámiz

Por su parte, el grupo del profesor Osuna, que ya tiene experiencia previa de trabajo con otros coronavirus altamente patógenos, será el encargado de sintetizar las moléculas biológicas reconocibles por el sistema inmune de los pacientes y que se ‘pegarán’ a la superficie de los sensores de grafeno siguiendo las  rutas de bioconjugación diseñadas por el equipo de Santoyo.

Un chip diagnóstico muy sensible

La ventaja del chip diagnóstico es ser muy sensible (detecta la presencia del analito en concentraciones muy bajas), y por tanto, en etapas muy tempranas de la enfermedad, es decir, sin que aún haya síntomas en el paciente.

El dispositivo podría usarse tanto para detectar la presencia del virus como para conocer la etapa de la enfermedad.

Este dispositivo podría utilizarse no solo para reconocer la presencia del virus, sino también para conocer la etapa de la enfermedad, es decir, si estamos en una fase inicial, o si ya se está venciendo a la misma.

Su fabricación en cadena se haría con tecnología electrónica convencional, y por lo tanto, podría estar disponible rápidamente con un coste asequible.

“Ya hemos realizado algunas validaciones y prototipos del dispositivo para la detección del virus del papiloma humano gracias a un proyecto de excelencia de la Junta de Andalucía, y estamos trabajando en otros para medir el nivel de glucosa en saliva y sudor en pacientes con diabetes, así como en la detección precoz y seguimiento de  enfermos con cáncer del Instituto de Salud Carlos III”, señala Francisco Gámiz.

mayo 16/2020 (SINC)

A pesar de ello, hasta ahora estos electrodos tan solo han podido detectar la actividad por encima de cierto umbral de frecuencia. Una nueva tecnología desarrollada en Barcelona supera esta limitación técnica, haciendo accesible el gran volumen de información que se encuentra por debajo de los 0,1 Hz, al mismo tiempo que facilita el diseño de futuras interfaces cerebro-ordenador.

El Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC), el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) y el CIBER Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) han sido los artífices de esta rompedora tecnología que se ha adaptado para poder utilizarse en el cerebro en el Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS). Esta técnica deja atrás los electrodos clásicos y usa una innovadora arquitectura basada en transistores que amplifica las señales del cerebro in situ antes de transmitirlas al receptor.

Además, el uso de grafeno en la fabricación de esta nueva arquitectura significa que el implante resultante puede incorporar muchos más puntos de detección que una guía de electrodos estándar, al mismo tiempo que es suficientemente delgada y flexible como para poder aplicarse sobre grandes áreas del córtex sin producir rechazo o interferir en el funcionamiento normal del cerebro.

El resultado es un mapeado sin precedentes de la actividad cerebral de baja frecuencia donde se encuentra información crucial sobre diferentes eventos que tienen lugar en el cerebro, como por ejemplo el inicio y progresión de un ataque epiléptico.

Cambiar la forma en que se mide y visualiza la actividad eléctrica del cerebro

Para los neurólogos esto significa que tendrán por fin acceso a las señales más sutiles del cerebro. Matthew Walker, del University College London y especialista mundial en epilepsia clínica, ha afirmado que esta rompedora tecnología tiene el potencial de cambiar la forma en la que se mide y visualiza la actividad eléctrica del cerebro. Sus aplicaciones futuras ofrecerán un entendimiento sin precedentes sobre dónde y cómo empiezan y terminan los ataques, posibilitando nuevos acercamientos al diagnóstico y tratamiento de la epilepsia.

Más allá de la epilepsia el preciso mapeado e interacción con el cerebro tiene otras aplicaciones interesantes. Gracias a la capacidad de crear una matriz con un gran número de  puntos de detección mediante la llamada estrategia de multiplexado, algunos de los autores del presente trabajo están adaptando también la tecnología para restablecer la capacidad de hablar y comunicarse en el marco del proyecto europeo BrainCom.

Coordinado desde el ICN2, este proyecto aportará una nueva generación de interfaces cerebro-ordenador capaces de explorar y reparar funciones cognitivas complejas, con un especial interés por las pérdidas del habla causadas por lesiones cerebrales o de la médula espinal (afasia).

Los detalles de los avances tecnológicos (pendientes de patente) que han hecho posibles estos implantes pueden encontrarse en Nature Materials. Los microtransistores de grafeno se adaptaron para la lectura de señales cerebrales y se testaron in vivo en el IDIBAPS, bajo la supervisión de ICREA. La técnica de imagen fue desarrollada en colaboración con ICFO, una aportación liderada también por le ICREA. El trabajo conjunto que ha hecho todo esto posible ha sido cofinanciado por el Graphene Flagship y el proyecto BrainCom.
enero 7/2019 (agenciasinc.es)

Más de 5 millones de personas sufren afasia cada año en el mundo, una condición por la cual los pacientes pierden la capacidad de comprender y expresarse mediante el lenguaje después de un daño cerebral o durante el avance de enfermedades neurodegenerativas. Las interfaces cerebro-ordenador, posibles gracias a tecnologías y materiales punteros, son una oportunidad prometedora para el tratamiento de este trastorno.

Estas interfaces recogen y descodifican información sobre la actividad neuronal directamente de su fuente a través de electrodos implantados en el cerebro. En cualquier caso, la neurorehabilitación de funciones cognitivas superiores como el lenguaje todavía genera serias dudas. El reto ahora mismo consiste en diseñar implantes neurales que cubran áreas del cerebro suficientemente grandes como para permitir una descodificación detallada de la actividad neuronal en diversas regiones del cerebro que son clave para el procesamiento del lenguaje.

En este contexto nace BrainCom, un proyecto FET Proactive financiado por la Comisión Europea con 8,35 millones de euros para los próximos 5 años. Esta iniciativa interdisciplinaria involucra a 10 instituciones, incluyendo a expertos en tecnología, ingeniería, biología, clínica y ética. Todos ellos colaboran para desarrollar una nueva generación de dispositivos prostéticos corticales que permitan la estimulación y seguimiento a gran escala de la actividad cortical para estudiar las funciones cognitivas superiores.

BrainCom sentará las bases de una nueva línea de conocimiento y tecnologías orientadas al desarrollo de la futura generación de prótesis neurales para recuperar el habla. Para conseguirlo cubrirá los diferentes niveles de la cadena de valor: de la tecnología y la ingeniería hasta la neurociencia básica del lenguaje, y de la investigación preclínica en animales hasta estudios clínicos con personas.

El proyecto lo coordina el profesor ICREA José A. Garrido, Group Leader del Grupo de Materiales y Dispositivos Electrónicos Avanzados del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) y colíder del paquete de trabajo dedicado a Tecnologías Biomédicas en el Graphene Flagship.

Nuevas interfaces cerebro-ordenador

Avances recientes han demostrado que es posible registrar señales corticales de una pequeña área de la corteza motora del cerebro y decodificarlas para permitir que pacientes tetraplégicos puedan activar un brazo mecánico y realizar tareas comunes. Las interfaces cerebro-ordenador también se han aplicado con éxito para facilitar que pacientes tetrapléjicos incapaces de hablar comunicaran sus pensamientos seleccionando letras en una pantalla mediante registros electroencefalográficos (EEG) no invasivos. Las funcionalidades de estos dispositivos pueden verse multiplicadas si se dispone de información neuronal más precisa.

El proyecto BrainCom propone una tecnología electroencefalográfica radicalmente nueva que aplica las incomparables propiedades mecánicas y eléctricas de nuevos nanomateriales como el grafeno, los materiales 2D y los semiconductores orgánicos. Los miembros del consorcio fabricarán implantes corticales y intracorticales utraflexibles que se ubicarán en la superficie del cerebro, permitiendo así el registro de alta densidad y la estimulación de puntos estratégicos sobre una gran superficie de la corteza. También permitirá la estimulación y decodificación de la actividad cortical de grandes zonas del cerebro con una resolución espacial y temporal sin precedentes.

Según sus promotores estas tecnologías impulsarán el avance del conocimiento básico de las redes corticales relacionadas con el habla y el desarrollo de estrategias de rehabilitación que ayuden a recuperar el habla mediante nuevos paradigmas de interacción cerebro-ordenador. Las innovaciones desarrolladas en el proyecto también encontrarán aplicaciones en el estudio de otras funciones cognitivas superiores del cerebro, como el aprendizaje o la memoria, y otras aplicaciones clínicas como la monitorización de la epilepsia.
enero 22/2017 (agenciasinc.es)

Desde la Universidad de Illinois, en Chicago, han utilizado el grafeno para diferenciar una célula cancerosa de una normal. Este material, compuesto de una sola capa de átomos de carbón con patrón hexagonal, reacciona de diferente manera si se encuentra en contacto con una célula cancerosa o con una sana, modificando la energía de vibración que se produce y que se puede detectar mediante la espectroscopia «Raman».

El estudio ha sido publicado en la ACS Applied Materials & Interfaces, y comparaba los astrocitos normales con su homólogo cancerígeno. La técnica sigue estudiándose en el laboratorio, pero según aseguran los científicos, los resultados son muy prometedores.
enero 10/2017 (diariomedico.com)
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Facile synthesis of gold nanohexagons on graphene templates in Raman spectroscopy for biosensing cancer and cancer stem cells

La técnica usada desde hace más de un siglo para producir los rayos X pronto debería «jubilarse» para dar paso al «material de las maravillas», el grafeno, que si es oportunamente estimulado con un láser es capaz de generar rayos X más precisos, poderosos y seguros.

El avance fue demostrado en simulaciones elaboradas por investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Boston.

Su estudio, publicado en «Nature Photonics«, podría abrir el camino a una nueva generación de maquinarias portátiles de bajo costo y mayor seguridad para la producción de rayos X, que resultan útiles tanto en la medicina como en el estudio de los materiales.

Para obtener rayos X muy poderosos y precisos, habitualmente se aprovecha la oscilación de partículas a alta energía que se producen dentro de complejos y costosos aceleradores.

«Nuestra técnica en este sentido es única -explicó el investigador Ido Kaminer- porque es la primera no basada en la aceleración de los electrones».

En sus simulaciones en laboratorio, los expertos demostraron que golpeando con un rayo láser una hoja de grafeno -formado por una delgadísima capa de átomos de carbono- es posible generar en su superficie ondas -llamadas «plasmones»- que pueden ser estimuladas para producir radiaciones de cualquier longitud de onda, desde el infrarrojo hasta el visible con rayos X.

La radiación puede asumir una longitud de onda uniforme, bien alineada y fácilmente modulable, precisamente como la de un láser.

Aprovechando esta tecnología se podrían fabricar nuevas maquinarias para producir rayos X más precisos (útiles para estudiar los materiales a nivel atómico) y a bajas dosis (por lo tanto, más seguros para los pacientes que deben ser sometidos a una radiografía).

Los investigadores están intentando ahora realizar un primer prototipo capaz de producir radiaciones dentro de la franja infrarroja, con el objetivo de lograr producir los primeros rayos X en el término de los próximos tres años.
noviembre 27/2015 (ANSA) Tomado del Boletín de Prensa Latina Copyright 2015. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

El método estaría basado en inyectar al paciente partículas del mencionado material, modificadas químicamente para que se adhieran a las células cancerosas.

Los expertos aprovecharían la propiedad del grafeno para absorber la luz infrarroja y, por tanto, las irradiaciones con las que se trataría el tumor actuarían directamente sobre las células dañadas, sin afectar al resto del cuerpo.

Se trata de un área de investigación todavía incipiente, pero que mejoraría la eficiencia de los tratamientos radiológicos, aseguró Pablo Jarillo, científico del Departamento de Física de Massachussetts Institute of Technology, Estados Unidos.

Extraído del grafito, el grafeno es el material más ligero, fuerte y que mejor conduce la electricidad de los conocidos. No resulta contaminante porque está compuesto de carbono y agua.

En la actualidad se utiliza mayormente para la fabricación de material deportivo. Sin embargo, otras de las aplicaciones en estudio son el desarrollo de baterías más eficientes o de pantallas de móviles que no se rompan.
julio 21/2013 (PL)

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