Identifican biomoléculas con ayuda del sonido

Unos investigadores han presentado un biosensor basado en la generación de una onda acústica de superficie ꟷuna especie de nanoterremotoꟷ que actúa sobre una estructura de materiales bidimensionales y que es capaz de identificar biomoléculas presentes en esa superficie.

El logro es obra de expertos del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en España.

La creación del nuevo biosensor puede ser un primer paso hacia el desarrollo de nuevos dispositivos del tipo “laboratorio en un chip” (“lab-on-a-chip”) que combinen tanto las prestaciones de identificación química como de las de sensores de masa u otras aplicaciones.

Como describen los investigadores en este trabajo, la onda acústica de superficie (SAW, por sus siglas en inglés) ondula la superficie de una estructura bidimensional basada en grafeno, confinando la luz en el rango del infrarrojo medio en volúmenes muy pequeños e intensificando así la interacción entre luz y la materia en la nanoescala. En concreto, en la estructura ondulada se forman cuasipartículas llamadas polaritones de plasmón-fonón superficial, que son en parte de tipo lumínico (fotones) y en parte de tipo material (vibraciones electrónicas y de la red cristalina).

Las moléculas orgánicas absorben luz a ciertas longitudes de onda en el infrarrojo medio. Dichas longitudes son características de la composición química y estructura de las moléculas. Así, al conjunto de todas estas resonancias de absorción se le conoce como la huella vibracional de la molécula, pues permite identificar el compuesto orgánico. “Gracias a que la interacción entre la luz y las biomoléculas depositadas en el sensor es más intensa, somos capaces de detectar cantidades más pequeñas del analito ꟷla parte que queremos analizarꟷ, incluso una única monocapa”, comenta Raúl Izquierdo, coautor de este estudio.

Según Jorge Pedrós, coautor de este estudio, “una ventaja de este mecanismo es que las SAWs se controlan de manera activa a través de un voltaje de alta frecuencia, permitiendo conmutar entre un estado de encendido, donde la interacción aumenta, y un estado de apagado, sin mejoras en la señal. Este método de medida aumenta la resolución del sensor”.

El nuevo biosensor se basa en la generación de una onda acústica de superficie y es capaz de identificar biomoléculas presentes en esa superficie. (Ilustración artística: Amazings / NCYT)

Además del diseño del sensor y los cálculos de su rendimiento, los autores del estudio también han ideado un método matemático para extraer información cuantitativa aparentemente oculta, incrementando aún más la sensibilidad del dispositivo. Para ello, han modelado las moléculas y los polaritones de plasmón-fonón superficial como osciladores que interactúan entre sí mientras ambos son impulsados por una fuerza externa (la luz que incide sobre el sensor). Pese a su simplicidad, han comprobado que este modelo reproduce bien los resultados de los cálculos.

Basándose en los resultados obtenidos, los investigadores confían en que este estudio contribuirá al desarrollo de nuevos dispositivos lab-on-a-chip donde se combinen las prestaciones de identificación química mediante la huella vibracional de este novedoso biosensor, junto con otras funcionalidades acústicas basadas en SAW como sensores de masa o mezclado y guiado de gotas en circuitos microfluídicos.

El estudio se titula “Surface-acoustic-wave-driven graphene plasmonic sensor for fingerprinting ultrathin biolayers down to the monolayer limit”. Y se ha publicado en la revista académica Biosensors and Bioelectronics. (Fuente: UPM)