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.