Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado un sensor del tamaño de una estampilla que puede detectar trazas de ciertos agentes de guerra química, como el sarín, en minutos. La investigación se publica en ACS Omega .

El sarín es un agente nervioso creado por el hombre que se puede propagar en forma de gas o líquido. Según el Centro para el control de enfermedades, la exposición a grandes dosis sobreestimulará las glándulas y los músculos, y puede provocar pérdida del conocimiento o insuficiencia respiratoria. Incluso las dosis pequeñas pueden causar una larga lista de síntomas angustiantes y peligrosos.

"La exposición a agentes nerviosos de bajo nivel conduce a signos y síntomas ambiguos que no pueden distinguirse fácilmente de otras afecciones, que puede resultar en un retraso en el tratamiento y daño permanente, "dijo Paul Braun, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, y director del Laboratorio de Investigación de Materiales de Illinois. "Si se pueden detectar trazas rápidamente, puede prevenir daños permanentes a la salud humana ".

"Hay sensores sofisticados disponibles, pero son grandes y caras, y, por lo tanto, algunas personas pueden estar expuestas al sarín sin saberlo, y ya es demasiado tarde ", dijo." Los sensores en miniatura actuales solo muestran la presencia de una toxina, no la cantidad de exposición. "Los sensores pequeños existentes también pueden no ser lo suficientemente sensibles para brindar una protección adecuada.

La tecnología establecida en este nuevo documento se basa en trabajos anteriores del grupo Braun, que había desarrollado "agujeros negros químicos" en pequeñas superficies de hidrogel que atraían moléculas hacia un sensor puntual a través de un gradiente de potencial químico.

El grupo de Braun sabía que la tecnología tenía potencial, pero necesitaba un mayor desarrollo.

"El problema era que las moléculas se movían demasiado lentamente, ", dijo Braun." Se necesitaría de una hora a un día para mover moléculas un centímetro, y no teníamos una excelente manera de realizar una detección cuantitativa ".

Sin embargo, la técnica química del agujero negro demostró que la ciencia detrás de un gradiente químico funcionaría, y el siguiente paso fue encontrar una "técnica de detección que pudiera tener un impacto real".

Sabiendo que necesitaban algo más pequeño que moléculas de movimiento lento, los investigadores expusieron una versión segura de una molécula similar al sarín a la enzima DFPasa, haciendo que la molécula se someta a hidrólisis, y dividir en varias partes. Una de estas partes era un ion fluoruro cargado negativamente.

"El ion fluoruro es fácil de detectar electroquímicamente, "dijo Mohammad Amdad Ali, investigador postdoctoral en el grupo de Braun, y primer autor del artículo. "Y, porque es tan pequeño, se mueve mucho más rápido que una molécula. Si tenemos una superficie con gradiente cargado positivamente enfocando un punto en el centro del sensor que realmente le gusta (atrae el ion fluoruro), en lugar de tomar horas, solo se necesitan unos minutos para que todos los iones de fluoruro terminen en un punto ".

"Pudimos crear una película de gel que no solo descomponía la molécula, pero colocó los iones de fluoruro cargados negativamente en un sensor específico de iones de fluoruro incrustado en el punto central, y leer cuánto fluoruro teníamos. Una vez que sepamos cuánto fluoruro tenemos, sabemos a cuánto sarín estuvo expuesto el sensor, "Dijo Braun.

"El sensor electroquímico específico de iones de fluoruro tiene un umbral de detección bajo, y por lo tanto puede detectar un nivel muy bajo de iones de fluoruro, ", dijo Ali." Con el estado actual de nuestro sensor prototipo, pudimos detectar una molécula similar al sarín depositada en aerosol a partir de una concentración de vapor tan baja como 0,01 mg / m3 en 10 minutos, "añadió.

El siguiente paso es probar los sensores en un entorno que está configurado para manejar el agente nervioso real.

"El objetivo final es fabricar algo lo suficientemente pequeño, como una estampilla postal, que se puede usar en un uniforme para detectar gas o se puede quitar para probar una superficie que en minutos dirá si el agente está presente y qué cantidad de agente hay allí, "dijo Braun.

"No le informará sobre todas las toxinas, pero le informará sobre un conjunto limitado de compuestos muy rápidamente, ", dijo." Si descubre que el sarín está presente, tiene muchas más posibilidades de obtener el antídoto adecuado ".