Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han desarrollado nanosensores que analizan rápidamente los componentes del aliento exhalado para detectar trazas de moléculas asociadas con ciertas enfermedades. Su rendimiento y precisión se mejoraron mediante el diseño de nanocatalizadores encapsulados en proteínas.

"Esta nueva plataforma de análisis de gases respiratorios será muy útil para reducir los gastos médicos y el monitoreo continuo de las condiciones físicas, "dice Il-Doo Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAIST.

Se pueden encontrar diversos componentes en el aliento humano, incluido el vapor de agua, hidrógeno, acetona, tolueno, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y monóxido de carbono. Algunos de estos componentes están estrechamente relacionados con afecciones como el asma, cáncer de pulmón, diabetes tipo I y mal aliento crónico.

Ha sido un desafío diseñar sensores de respiración que reaccionen solo a biomarcadores específicos porque hay miles de gases en la respiración exhalada que pueden interferir con los resultados. Es más, el mismo componente se puede vincular a múltiples condiciones.

Los investigadores desarrollaron una nueva plataforma de detección para mejorar la sensibilidad y la selectividad del sensor. Usaron apoferritinas, que son proteínas con estructuras huecas de nanojaulas, para encapsular diminutas partículas de nanocatalizador. Los catalizadores encapsulados se agregaron a la nanofibra de detección primaria, que está hecho de un óxido de metal semiconductor.

El equipo utilizó un método llamado 'electrohilado', en el que una solución que contiene las nanopartículas del catalizador, Se inyectan sales metálicas y polímero de matriz en una superficie bajo campos eléctricos de alto voltaje para producir nanofibras unidimensionales. Luego, un proceso de alta temperatura da como resultado nanofibras consistentes con grandes áreas superficiales y poros, y catalizadores distribuidos uniformemente a lo largo de las nanofibras de óxido metálico semiconductor.

Los sensores que contienen nanofibras de óxido metálico cargadas con catalizador eran muy sensibles, detectar biomarcadores con una concentración de una parte por millón en una exhalación en un plazo de diez a 50 segundos. Los investigadores atribuyen esta mayor sensibilidad al aumento de la superficie disponible para que se produzcan reacciones entre la molécula objetivo y el sensor. Los sensores también fueron muy selectivos. Las nanofibras reaccionaron principalmente con el biomarcador objetivo gracias a los catalizadores de aleación que contienen dos tipos de metales en lugar de un solo tipo. Estos catalizadores con combinaciones únicas de metales pueden ayudar a establecer "bibliotecas de detección" para varios biomarcadores.

El equipo creó una plataforma de sensor móvil que puede analizar las moléculas de aire exhalado recolectadas en una bolsa de muestreo de gas y luego enviar los resultados a un teléfono inteligente. Quedan algunos problemas antes de que las plataformas de diagnóstico basadas en la respiración se puedan implementar por completo, como diferenciar entre dos trastornos que comparten un biomarcador.

Los resultados de este estudio se seleccionaron como artículo principal de portada de la edición de julio de 2017 de Cuentas de investigación química y la edición de septiembre de 2017 de Materiales avanzados .