Un biosensor compuesto de grafeno, para la detección de subproductos opioides en el agua. Desde la Universidad de Boston, un equipo investigador ha desarrollado una posible solución para la presencia de estas sustancias en el agua residual. En el proceso de diseño, se ha utilizado grafeno, una hoja de carbono con el espesor de un átomo. Este biosensor multiplexado, tiene las mismas dimensiones que una moneda de un centavo de dólar.
La implementación de grafeno ha sido pionera
Un sistema pionero en la incorporación de transistores de efecto de campo de grafeno. La utilización de este tipo de transistores, permite la identificación de cuatro tipos de opioides de forma simultánea, sintéticos y naturales. En el proceso de detección, cuando se produce la adhesión de un metabolito opioide específico a una sonda molecular del grafeno, se modifica la carga eléctrica de este. Este cambio es advertido por una sonda que está conectada al equipo
Una alternativa de detección de opioides rápida y de bajo coste. Como señala Kenneth Burch, miembro del equipo, el sensor ofrece economicidad de proceso y rapidez. De igual forma, señala cómo la sensibilidad y la portabilidad del dispositivo facilita el análisis de agua residual a escala local. Es decir, podría llegar a utilizarse en un edificio concreto, e incluso, en un apartamento concreto, preservando la privacidad.
La sensibilidad y portabilidad del dispositivo, facilita el análisis a escala local
El sistema permite identificar el tipo de opioides que consume una comunidad. La privacidad o la disponibilidad de recursos, resultan factores determinantes a la hora de no poder realizar una valoración a gran escala sobre el consumo de opioides. Sin embargo, la epidemiología fundamentada en aguas residuales, ofrece una posibilidad alternativa en esta materia.
El sistema puede tener aplicaciones en materia de Salud Pública
El análisis de agua residual para superar los prejuicios. El dispositivo desarrollado, apunta Avni Argun, miembro del equipo, puede ayudar a vencer las ideas preconcebidas sobre las pruebas de drogas. Con el sistema diseñado, se puede obtener una fórmula de medida a nivel de vecindario. Argun se suma a lo apuntado por Burch en materia de los beneficios del sistema puesto que, por sus características, resulta económico y ofrece una alta resolución geográfica.
El dispositivo podría ser utilizado por funcionarios del departamento de salud pública. De esta forma, el sistema desarrollado podría ser utilizado por el personal de este departamento. Así, durante su labor, podrían implementarlo para definir el nivel de uso de opioides. Según Burch, el grafeno ha sido empleado anteriormente para la detección de muestras biológicas, por lo tanto, también puede ser utilizado en aguas residuales.
El biosensor puede definir el nivel de uso de opioides en el agua residual
Capacidad del dispositivo
Una investigación novedosa en el empleo de transistores de efecto de campo de grafeno. Por primera vez, se han utilizado este tipo de transistores basados en grafeno, permitiendo identificar la cantidad de carga de diferentes opiáceos a la vez.
La plataforma del sensor multiplexado electrónico de grafeno (GEMS), fue esencial. Esta plataforma facilita al dispositivo la identificación de cuatro objetivos simultáneamente, a la vez que evita un posible daño por parte de elementos agresivos. Para el desarrollo de la investigación, el Mass Alternative Septic System Test Center, proporcionó las muestras posteriormente empleadas en las pruebas.
El sistema es ofrece la detección de cuatro objetivos de forma simultánea
Se utilizaron aptámeros para ajustar las sondas. Los aptámeros, están diseñados para realizar una única unión con respecto de una molécula concreta, en el contexto de la investigación, los metabolitos de distintos opioides. Con la unión del aptámero al opioide, se produce un pliege, ofreciendo más carga al grafeno. A fin de identificar la presencia de un opioide concreto, se realiza un seguimiento de la cantidad de carga.
El dispositivo ofrece una capacidad de detección mayor que otros métodos. La carga del grafeno, es leída de forma electrónica. Además, como señala Burch, este sistema permite un límite inferior de detección y, por lo tanto, una mayor capacidad en comparación con otros sistemas.
La carga del grafeno, es leída de forma electrónica
Costes y dimensiones, factores diferenciales del estudio
La reducción de costes es un factor diferencial de este dispositivo. Los sistemas convencionales, tenían que asumir una barrera considerable puesto que debían dar traslado de las muestras a un laboratorio. Esta circunstancia supone un coste adicional de costes que repercuten en una limitación del análisis en comunidades que no disponen de los recursos suficientes.
El dispositivo tiene las mismas dimensiones que un centavo de dólar. La investigación, ha logrado desarrollar un sensor sencillo en su manejo y cuyo tamaño es similar al de una moneda de un centavo. En el proyecto, han colaborado distintos profesionales, bajo la dirección de Burch. Entre otros, han participado Tim van Opijnen, de Boston College, Xi Ling, químico de la Universidad de Boston. Además, desde el Laboratorio Giner, han aportado su conocimiento en biosensores de Argun.
El biosensor tiene unas dimensiones aproximadas a la de una moneda de centavo de dólar
El dispositivo mostró una sorprendente resistencia. Como señala Burch, ha sido una sorpresa la capacidad de resistencia al entorno de las aguas residuales. Al respecto del futuro de la investigación, se están desarrollando líneas de trabajo. Un ejemplo de posibilidades futuras, son el desarrollo de pruebas rápidas de infecciones virales, o la identificación de patógenos en agua residual.
Conclusión
La innovación nos permite ser eficientes y ahorrar costes. Como podemos comprobar en investigaciones como esta, el desarrollo de nuevos dispositivos, no solo mejora la técnica sino que, además, ayuda a ahorrar. Además, otra ventaja adicional de este sistema es que permite preservar la privacidad de las personas pero obteniendo resultados significativos sobre la comunidad.
La naturaleza siempre es fuente de inspiración. Una importante conclusión que nos ofrece la investigación es cómo la observación y comprensión de la naturaleza nos ofrece resultados sorprendentes. Algo tan simple como una lenteja de agua, tras un firme análisis, muestra que en ella hay mucho más que lo que su apariencia indica. Quizá la mayor lección sea que, antes de crear, hay que observar.
Estamos interesados en detectar en aguas residuales:
Metanfetaminas, anfetaminas,THC-COOH y MDMA.
Necesitamos los sensores y el equipo para poder realizar la detección de estos