La detección de bacterias viables es importante para varios campos, desde la seguridad alimentaria hasta el diagnóstico médico. Las técnicas existentes para realizar pruebas de susceptibilidad a los antibióticos (AST), comprobando que, por ejemplo, permite a los proveedores de atención médica recetar la dosis correcta de antibióticos para una infección en particular; son lentos, requieren personal capacitado o utilizan instrumentos voluminosos y costosos. Un nuevo sensor electroquímico desarrollado por investigadores de Penn State ahora puede simplificar ese proceso, siendo de bajo costo y portátil, y puede monitorear directamente bacterias viables en muestras líquidas como sangre o leche.

"La sangre es una solución muy compleja, "dijo Aida Ebrahimi, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Penn State. "Tiene varios componentes, incluidos los glóbulos rojos y muchas proteínas, que hacen la detección de objetivos específicos, como las células bacterianas vivas, muy dificil. También es ópticamente opaco, lo que dificulta que los métodos ópticos analicen sangre directamente ".

A diferencia de, Los sensores electroquímicos no están limitados por la opacidad de la muestra. Sin embargo, Los métodos electroquímicos existentes para medir la viabilidad bacteriana requieren mezclar un reactivo activo redox con la muestra. El reactivo redox activo intercambia electrones con las células metabolizadoras. Sin embargo, un problema es que este reactivo puede interferir con los antibióticos. Es más, la adición de estos reactivos limita la aplicación de los sensores para detectar bacterias vivas, por ejemplo, en la selección de alimentos. El nuevo método desarrollado por el grupo Ebrahimi no requiere ningún agente adicional.

"Desarrollamos un cristal activo redox, llamado RZx, utilizando un método simple de electrodeposición que solo utiliza componentes orgánicos, ", Dijo Ebrahimi." El proceso para crear el material es de muy bajo costo y se realiza a temperatura ambiente y pH neutro, ni ácido ni alcalino, lo que lo hace muy seguro y respetuoso con el medio ambiente. El cristal orgánico permite la detección directa de la actividad metabólica bacteriana al detectar los cambios de pH debidos a la respiración celular, así como al detectar pequeñas moléculas liberadas al metabolizar las células vivas ".

Los investigadores también demostraron la versatilidad del proceso de fabricación del sensor al depositar RZx en una variedad de electrodos, desde electrodos de carbono serigrafiados en papel hasta electrodos de grafeno inducidos por láser creados con un CO ₂ sistema de escritura láser. Esta capacidad para diseñar y fabricar geometrías arbitrarias es importante para la producción escalable y la ingeniería de dispositivos.

Si bien el equipo de Ebrahimi ha realizado recientemente otros desarrollos para AST rápido, los sensores basados ​​en RZx son portátiles. También, en su investigación anterior, observaron el movimiento de las bacterias, mientras que aquí, están investigando la actividad metabólica celular. Esto es ventajoso porque a veces las bacterias pueden no moverse mientras aún se metabolizan, o "respirar".

Ebrahimi también señaló que este método podría usarse no solo en el diagnóstico médico, sino también para evaluar la calidad de los alimentos. Además de analizar sangre, los investigadores analizaron muestras de leche, ya que las pruebas de bacterias vivas son importantes en los controles de calidad y seguridad alimentaria. El mismo principio también se puede aplicar a las pruebas de agua para la seguridad y el monitoreo ambiental.

Más allá de estas obras, Ebrahimi también está estudiando futuras aplicaciones de este método.

"Para el futuro, estamos buscando ampliar el trabajo para analizar otros patógenos microbianos, como hongos, así como aplicaciones más allá de AST, especialmente para vendajes inteligentes para heridas o catéteres inteligentes, ya que las infecciones bacterianas en ambas áreas son grandes problemas, " ella dijo.

El artículo que analiza estos resultados, "Capas cristalinas orgánicas con actividad redox para pruebas de susceptibilidad a antibióticos electroquímicos sin reactivos (ORACLE-AST), "fue publicado recientemente en la revista Biosensores y bioelectrónica .