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Un equipo de investigadores del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha desarrollado un biosensor que puede identificar proteínas y péptidos en cantidades tan pequeñas como una sola monocapa. Para ello, se utiliza un transductor integrado que genera una onda superficial acústica (SAW), una especie de nanoterremoto controlado eléctricamente en un chip, que actúa sobre una pila de materiales 2D que están recubiertos con las biomoléculas a detectar.
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Como informan en la revista Biosensors and Bioelectronics (Sensor plasmónico de grafeno impulsado por ondas acústicas de superficie para huellas dactilares de biocapa ultrafina hasta el límite de monocapa), la SAW corrugaría la superficie de una pila a base de grafeno de tal manera que limita luz en el rango del infrarrojo medio en volúmenes muy pequeños y, por tanto, refuerza las interacciones luz-materia a nanoescala. En particular, en la pila en forma de onda se forman cuasipartículas que consisten en parte de luz (fotones) y en parte de materia (electrones y vibraciones de la red), llamadas polaritones de plasmón-fonón de superficie, que interactúan fuertemente con las moléculas que las contienen.
Las moléculas orgánicas absorben longitudes de onda de luz específicas en la región del infrarrojo medio que son características de su composición y estructura química. Por tanto, este conjunto de resonancias de absorción, la denominada huella vibratoria, permite la identificación del compuesto orgánico. “«Al mejorar la interacción entre la luz y las biomoléculas depositadas en la parte superior del sensor, podríamos identificar analitos que requieren cantidades más pequeñas y alcanzan niveles tan bajos como una sola monocapa». dice Raúl Izquierdo, primer autor de este estudio.
Según Jorge Pedrós, científico principal del estudio, «Una ventaja de este mecanismo es que las SAW están controladas activamente por un voltaje de alta frecuencia, lo que permite cambiar fácilmente entre una configuración ON, donde aumenta la interacción, y una configuración OFF sin mejorar la señal». Este esquema de medición aumenta la resolución del sensor».
Además del diseño del sensor y los cálculos de su rendimiento, los autores también proporcionan un método matemático para extraer información cuantitativa aparentemente oculta, aumentando así aún más la sensibilidad del sensor. Para ello, las moléculas del analito y los polaritones de plasmón-fonón de superficie se modelan como osciladores que interactúan entre sí mientras ambos son impulsados por una fuerza externa (luz que incide sobre el sensor). A pesar de su simplicidad, se ha demostrado que este modelo reproduce bien los resultados de los cálculos.
En conclusión, los autores confían en que este estudio contribuirá al desarrollo de nuevos dispositivos de laboratorio en chip combinando la capacidad de toma de huellas dactilares químicas de este novedoso biosensor impulsado por SAW con otras capacidades acústicas como la detección de masas o el flujo de gotas basadas en SAW. y mezcla en circuitos de microfluidos.
Fuente: https://www.upm.es/
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