Investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), en colaboración con equipos científico-tecnológicos de Italia, Polonia y Colombia, han desarrollado un biosensor óptico capaz de detectar biomoléculas, como proteínas, ADN o virus, en fluidos biológicos complejos, caso del suero humano, «con una precisión y sensibilidad sin precedentes».
Este dispositivo, que se evaluó detectando inmunoglobulina G (IgG), un tipo de anticuerpo, en concentraciones «extremadamente bajas, puede servir para el diagnóstico precoz de enfermedades».
Los investigadores de la UPNA implicados en este trabajo, que ha sido publicado en la revista científica ‘Advanced science’, son los catedráticos Ignacio del Villar Fernández e Ignacio R. Matías Maestro, investigadores del Instituto de Smart Cities (ISC), y el estudiante de doctorado Dayron Armas Peña.
El resto del equipo internacional está integrado por especialistas del Instituto de Física Aplicada Nello Carrara de Italia, la Universidad Tecnológica de Varsovia (Polonia) y la Universidad Nacional de Colombia.
El biosensor se basa en una tecnología llamada biofotónica, que utiliza la luz para detectar biomoléculas. Para crear este sensor, el equipo internacional de investigadores ha utilizado nanofilms, que son capas de material extremadamente delgadas (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro) con propiedades ópticas especiales que no se observan en estructuras más grandes.
Estos nanofilms forman lo que se llama un cristal fotónico unidimensional. Este cristal está integrado en una fibra óptica, pulida lateralmente para que la luz interactúe directamente con el entorno externo, donde se encuentran las biomoléculas.
Así, cuando una de ellas se acerca o se adhiere a la superficie pulida de la fibra óptica, afecta a la forma en que la luz se comporta en el cristal fotónico. Estos cambios en la luz son detectados por el sensor, lo que permite identificar la presencia y la cantidad de biomoléculas.
LA «CLAVE DEL ÉXITO»: ALTA SENSIBILIDAD Y PRECISIÓN
Una de las «innovaciones clave» de este biosensor consiste en la elección de nanomateriales con un alto contraste en su índice de refracción (una medida de cómo la luz se desvía al atravesar un material) y bajas pérdidas de luz.
Esto significa que el sensor puede detectar incluso cantidades muy pequeñas de biomoléculas «con una precisión excepcional, lo que es crucial para aplicaciones médicas».
Al lograr un equilibrio entre alta sensibilidad y un parámetro técnico conocido como ancho de banda a media altura (FWHM, por sus siglas en inglés), el dispositivo «puede identificar con claridad las biomoléculas sin confundirlas con otras sustancias».
Esta combinación «mejora significativamente» lo que se conoce como la figura de mérito (FoM, por sus siglas en inglés), un indicador del rendimiento general del dispositivo.
DETECTANDO ENFERMEDADES EN SUS PRIMERAS ETAPAS
En concreto, el rendimiento del biosensor se evaluó detectando el anticuerpo inmunoglobulina G (IgG) en muestras de suero humano. La concentración mínima de una sustancia que el sensor puede detectar se llama límite de detección (LoD, por sus siglas en inglés).
Y el sensor desarrollado por este equipo internacional con participación de la UPNA logró un LoD récord de 70 attomolar (aM), una concentración «extremadamente baja que equivale a detectar una sola molécula entre millones de otras o tener una sola molécula en un océano de un millón de billones de litros de agua».
Este nivel de sensibilidad tiene «importantes implicaciones para el diagnóstico precoz de enfermedades», ya que «permite hallar biomarcadores en cantidades mínimas, cuando las enfermedades apenas comienzan a desarrollarse».