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La Universidad del Ruhr en Bochum y el Instituto Fraunhofer de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos (IMS) han desarrollado un proceso que permite una nueva amplificación de señales para pruebas de diagnóstico. Los nanotubos de carbono luminiscentes de pared simple se utilizan en bioanálisis para realizar pruebas más sensibles, económicas y oportunas. Con los sensores se pueden utilizar procesos enzimáticos.
Los ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas, o ELISA para abreviar, tienen una amplia gama de aplicaciones debido a su versatilidad en las condiciones de reacción. Los resultados fueron publicados en la revista. Edición Internacional de Química Aplicada el 15 de diciembre de 2023. Ofrecen nuevas oportunidades para mejorar los procesos de diagnóstico y conservar la evidencia.
Los límites de diagnóstico se pueden mejorar con el sensor de carbono luminoso
La luz se utiliza en diversos procedimientos de diagnóstico para medir la concentración de una sustancia. Puede ser una sustancia brillante o coloreada. Desafortunadamente, la región de luz visible está llena de señales de fondo. Para desplazar la señal de medición óptica a una banda espectral mejor, los investigadores utilizaron tubos de carbono con un diámetro inferior a un nanómetro. En comparación con el cabello humano, es casi 100.000 veces más fino.
Los sensores emiten fluorescencia en el espectro del infrarrojo cercano, que es invisible a simple vista, y no se desvanecen. Además, la fluorescencia de los sensores es sensible a su entorno químico debido a un cambio de superficie. Esto permite la observación y detección de procesos químicos al interactuar con el nanotubo.
La fluorescencia de los nanotubos desplaza la señal hacia la región del infrarrojo cercano, lo que, junto con la alta sensibilidad de los nanotubos, provoca un cambio en el umbral de detección. Esto es importante, por ejemplo, cuando los indicadores de enfermedad están presentes en niveles extremadamente bajos en una infección o enfermedad como el cáncer.
Superando el límite de detección con nanosensores sensibles
La capacidad de adaptar nanotubos a diferentes analitos ofrece una variedad de posibilidades, incluida una mayor sensibilidad. Este aumento de sensibilidad permite un posible cambio en los límites de detección, lo que puede suponer un ahorro de material y tiempo en los procedimientos diagnósticos. Esta nueva metodología tiene el potencial de aumentar significativamente la eficiencia de los métodos de detección en el diagnóstico médico.
El sensor reconoce diferentes sustratos
Los investigadores demostraron que el nuevo método sensor funciona con los sustratos de la enzima peroxidasa de rábano picante, p-fenilendiamina y tetrametilbencidina.
Esta enzima se utiliza en varios métodos de detección bioquímica. En principio, sin embargo, el concepto se puede aplicar a todo tipo de sistemas. Por ejemplo, también examinamos la enzima β-galactosidasa, que es de interés para aplicaciones de diagnóstico. Con algunas modificaciones, también podría utilizarse en biorreacciones.
Justus Metternich, Ph.D. Estudiante, Universidad del Ruhr en Bochum
En el futuro, el grupo quiere modificar los sensores para otras aplicaciones. Según la aplicación, los errores cuánticos podrían utilizarse, por ejemplo, para mejorar la estabilidad del sensor.
Esto sería especialmente ventajoso si no sólo desea realizar mediciones en soluciones acuosas simples, sino también controlar reacciones enzimáticas en entornos complicados con células, en la sangre o en el propio biorreactor.
Sebastian Kruss, profesor de química física de la Universidad del Ruhr en Bochum
Kruss también dirige el grupo Biomedical Nanosensors Attract en Fraunhofer IMS.
El estudio fue financiado por el Programa Fraunhofer Attract (038-610097), la Fundación Alemana de Investigación como parte del Clúster de Excelencia RESOLV (EXC 2033-390677874) y la Fundación VW.
Referencia de la revista:
Metternich, JT, et. Alabama. (2024) Amplificación de señales y traducción de reacciones enzimáticas del infrarrojo cercano mediante nanosensores. Edición Internacional de Química Aplicada. doi:10.1002/anie.202316965
Fuente: http://www.ruhr-uni-bochum.de/
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