Nuevo sensor óptico biomimético para la detección de antibióticos
14 March 2011
Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en colaboración con la Universidad Complutense de Madrid (UCM) han desarrollado un sensor óptico basado en un material plástico biomimético que detecta antibióticos sin necesidad de marcadores ni receptores biológicos.
A diferencia de los dispositivos habitualmente empleados para el análisis biológico o clínico que requieren normalmente de un marcador (ya sea fluorescente o radioactivo), investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en colaboración con la Universidad Complutense de Madrid
(UCM) han fabricado un sensor óptico empleando un polímero biomimético que detecta antibióticos de forma directa, es decir, sin necesidad de marcador. La simplicidad y bajo coste de fabricación, junto con la gran robustez del material empleado, representan ventajas prácticas significativas para una variedad de aplicaciones, confiriendo a este tipo de sensores un enorme potencial comercial.
El sensor consiste en una película polimérica de unas veinte micras (1 metro = 1.000.000 micras) de espesor en la que se han realizado dos procesos de impresión. El primero, a nivel molecular, se basa en la inclusión y posterior eliminación de las moléculas de la sustancia que se desea detectar (en nuestro caso, el antibiótico enrofloxacino de la familia de las fluoroquinolonas), las cuales se utilizan como moldes moleculares. Esto crea unos huecos en el material polimérico con la forma y el tamaño de las moléculas molde. El polímero así formado se denomina polímero de impronta molecular o MIP (Molecularly Imprinted Polymer).
El segundo proceso de impresión, a nivel microscópico, consiste en la estampación de una cuadrícula o rejilla formada por cuadrados de cinco micras de lado. La rejilla impresa sobre la película polimérica actúa como una red de difracción que divide un haz de luz en varios haces. La intensidad de estos haces difractados es sensible a las variaciones de las propiedades ópticas del material (por ejemplo, el índice de refracción) del que está formado la rejilla, es decir, del material MIP.
Esta característica ha sido utilizada por los investigadores de la UPM y la UCM para detectar la presencia de moléculas de enrofloxacino en disoluciones líquidas. Al sumergir la película estampada de MIP en una disolución del mismo, las moléculas de este antibiótico ocupan los huecos complementarios en el MIP modificando el índice de refracción del polímero. Esto se traduce en una variación de la intensidad de los haces difractados (respuesta del sensor), la cual es medida y relacionada directamente con el reconocimiento del antibiótico (Figura).
Imagen topográfica de la red de difracción de
material polimérico MIP utilizada como sensor óptico. Imagen
superior izquierda: fotografía de la red de difracción. Imagen
superior derecha: haces de luz difractados. Fuente: UPM.
A diferencia de la mayoría de los análisis biológicos y químicos, las moléculas a detectar no fueron previamente marcadas, es decir, no se utilizo ningún indicador fluorescente o radioactivo enlazado a las mismas. El reconocimiento de moléculas por el sensor biomimético fue por tanto directo, lo cual permite eliminar las tareas asociadas al marcado, con el consiguiente ahorro de tiempo y dinero.
Además, el sensor demostró ser muy selectivo en el reconocimiento del antibiótico seleccionado. Al sumergir la película polimérica en varias disoluciones que contenían moléculas distintas de la enrofloxacina, incluido otro antibiótico de la misma familia, no se produjo ninguna variación de la intensidad óptica de los haces difractados. Esto indica que únicamente las moléculas que se utilizaron para crear los huecos en el polímero fueron capaces de acoplarse a ellos.
En un biosensor tradicional, la selectividad es proporcionada por receptores biomoleculares, por ejemplo, anticuerpos y antígenos en inmunoensayos. El material MIP realiza una función similar (imita o mimetiza) a la de estos receptores biológicos. Sin embargo, a diferencia del material biológico, el material plástico biomimético es extremadamente
robusto: resistente a disolventes y ácidos y no requiere condiciones de almacenamiento tan restrictivas como los receptores biológicos.
Las películas poliméricas fueron realizadas mediante técnicas convencionales de polimerización, mientras que los moldes para la estampación de la red de difracción fueron fabricados utilizando equipos y procesos convencionales de la industria microelectrónica. La simplicidad y bajo coste de fabricación, junto con la gran robustez del material MIP, representan ventajas prácticas significativas para una variedad de aplicaciones, confiriendo a este tipo de sensores un enorme potencial comercial.
Los grupos involucrados en esta investigación(1) pertenecen al Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) de la UPM y al Departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencias Químicas de la UCM. Ambos grupos forman parte del clúster de Materiales para el Futuro del Campus de Excelencia Internacional (CEI) Campus de Moncloa.
Reference
Barrios, C.A.; Zhenhe, C; Navarro-Villoslada, F.; Moreno-Bondi, M.C. Molecularly imprinted polymer diffraction grating as label-free optical bio(mimetic) sensor. Biosensors and Bioelectronics, vol. 26, pp. 2801–2804, 2011.