mayo 9, 2014

Tinta con nanopartículas para diagnóstico rápido

Proponen una novedosa técnica para sustituir los sustratos utilizados para la detección de sustancias químicas y facilitar el diagnóstico rápido, mediante nanopartículas de oro o plata en tintas convencionales

Las técnicas utilizadas hasta ahora requerían de una compleja instrumentación e implicaba elevados costos, lo que dificultaba su producción a gran escala

El proyecto ha sido realizado por el laboratorio del Dr. Luis Liz Marzán, director científico de CIC biomaGUNE, y se ha publicado en la revista científica ‘Small’

La ciencia va dando pasos decididos para incorporar el potencial de las nuevas aplicaciones técnicas a la vida real. El último ejemplo es la incorporación de nanopartículas de oro y plata a la tinta convencional, la misma que incorporan nuestros bolígrafos o plumas, como solución avanzada para identificar moléculas en ámbitos como el diagnóstico médico, la biología, el medioambiente, la seguridad, etc.

Es decir, la tinta no solo va a ser conductora de mensajes, emociones, elaborados ensayos o noticias en los periódicos, sino que, a su vez, se puede convertir en una herramienta óptima, barata y de fácil acceso para que un investigador o un médico pueda extraer conclusiones a escala molecular que hasta ahora requerían de gran instrumentación técnica y elevado coste económico. Sólo requerirá de una pluma estilográfica y un folio DIN A4.

Diagnóstico rápido

Un estudio realizado por el laboratorio del Dr. Luis Liz Marzán en el Centro de Investigación en Biomateriales (CIC biomaGUNE) que dirige en San Sebastián, y publicado en la revista científica Small, propone una nueva técnica cuya principal aportación consiste en facilitar y abaratar la creación de los sustratos químicos que se utilizan para identificar moléculas en cualquier campo de actuación, moléculas que son analizadas y descritas por medio de equipos de espectroscopía. En definitiva, se espera que esta técnica contribuirá por ejemplo al diagnóstico rápido de enfermedades.

La base del proyecto realizado por el equipo de Liz Marzán y liderado por Lakshminarayana Polavarapu (investigador postdoctoral del mismo grupo), radica en una técnica llamada espectroscopía de dispersión Raman, que fue descubierta por el científico indio Sir C.V. Raman, reconocido con el Premio Nobel de Física en 1930Siro indio  del cient los Premios Nobel de Fva..  En los años 70 se descubrió casualmente que cuando las medidas se realizaban sobre un electrodo de plata la señal obtenida era muchísimo mayor de la esperada, dando lugar a una modificación de la técnica que hoy conocemos como Espectroscopía Raman aumentada en superficies (SERS, de las siglas en inglés). Ahora sabemos que ese fenómeno se debe a la existencia de plasmones -oscilaciones electrónicas que provocan elevados campos eléctricos- en los granitos de plata presentes en dicha superficie.

Esta técnica se utiliza comúnmente en química, ya que la información vibracional es muy específica para los enlaces químicos de las moléculas y, en este sentido, proporciona una “huella dactilar” de la molécula que puede ser identificada.  La técnica es utilizada en múltiples ámbitos, como el diagnostico médico, el control medioambiental, etc., si bien tiene algunas limitaciones, sobre todo debido a la dificultad para obtener los sustratos que sean lo bastante fiables y reproducibles y que, a su vez, no resulten muy caros o complicados de producir.

Para superar este tipo de problemas asociados a sustratos SERS convencionales, se ha prestado mucha atención a los sustratos SERS basados en papel. El papel es barato, flexible, biodegradable, desechable y ligero, y es ampliamente utilizado en nuestra vida cotidiana.

Una pluma y un folio

La propuesta del equipo de Liz Marzán plantea dar un salto cualitativo prescindiendo del sustrato prefabricado y por lo tanto superando las limitaciones y dificultades que plantea, y sustituyéndolo por una tinta que contenga nanopartículas de oro o plata.

“De esta forma, utilizando una pluma cualquiera cuya tinta esté elaborada con nanopartículas conductoras de oro y plata, podemos dibujar sobre un folio en blanco, por ejemplo una sucesión de cuadritos –a modo de Sudoku- o una frase cualquiera, y al depositar sobre esa tinta la sustancia concreta de lo que se desea analizar, lo llevaremos al espectrómetro y nos dará la señal (huella dactilar) de lo que estamos analizando”, afirma el Dr. Liz Marzán. Y, además, permitirá dar un impulso muy importante al diagnóstico rápido.

“La ventaja es que el operario no necesitaría adquirir sustratos. Se podrían comprar las tintas y en el momento de hacer el experimento, se cargaría la tinta en la pluma, se dibujaría o se pintaría sobre el papel en función de cómo se quiere hacer el análisis, se coloca una muestra de la sustancia que se quiere analizar, y obtenemos el resultado”, argumenta el científico. El resultado puede ser un diagnóstico médico, un elemento contaminante en el agua, pesticidas, aplicaciones en material de seguridad, etc.

Cada línea del dibujo contiene cerca de un millón de nanopartículas, lo que le confiere un potencial muy grande a la hora de generar la señal para analizar las moléculas, ya que ésta aumenta unos 10 millones de veces. Al mismo tiempo, un gramo de oro permite fabricar tinta para muchos miles de ensayos, por lo que la producción de esta tipología de tinta no ofrece mayor complicación, se trata de cantidades muy pequeñas.

“Nosotros trabajamos con espectrómetros muy sofisticados pero también existen espectrómetros portátiles que se pueden llevar a un embalse por ejemplo y medir posibles contaminantes: es decir, llevas tu bloc de notas y llevas la tinta, pintas en el papel, colocas la gota de agua del embalse, lo pones posteriormente en el espectrómetro, y obtienes la prueba al momento”, concluye Liz Marzán.

  • Ver video de muestra del proyecto:

http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/smll.201400438/asset/supinfo/smll201400438-sup-0002-S2.wmv?v=1&s=8095c7c3146065fd99c3fbc9a805bdc5540c6491

 

  • Referencia del estudio:

Pen-on-Paper Approach Toward the Design of Universal Surface Enhanced Raman Scattering Substrates: Lakshminarayana Polavarapu1,*, Andrea La Porta1, Sergey M. Novikov1, Marc Coronado-Puchau1 and Luis M. Liz-Marzán1,2,*.Article first published online: 2 MAY 2014

 

  • Digital Object Identifier, DOI: 10.1002/smll.201400438