La nanotecnología está avanzando en herramientas comparadas con el "tricorder" de Star Trek que realizan análisis químicos en el lugar para una variedad de aplicaciones que incluyen pruebas médicas, detección de explosivos y seguridad alimentaria.

Los investigadores encontraron que cuando el papel utilizado para recolectar una muestra estaba recubierto con nanotubos de carbono, el voltaje requerido era 1, 000 veces reducido, la señal se agudizó y el equipo pudo capturar moléculas mucho más delicadas.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Purdue y el Instituto Indio de Tecnología de Madrás realizó el estudio, que se detalla en un "artículo muy importante" designado por la revista Angewandte Chemie .

"Este es un gran paso en nuestros esfuerzos por crear espectrómetros de masas portátiles para el campo, "dijo R. Graham Cooks, Henry B. Hass, profesor distinguido de química de Purdue. "La dramática disminución de energía requerida significa una reducción en el tamaño de la batería y el costo de realizar los experimentos. Todo el sistema se está volviendo más liviano y más barato, lo que lo acerca mucho más a ser viable para uso extendido."

Cocineros y Thalappil Pradeep, profesor de química en el Instituto Indio de Tecnología de Madrás, Chennai, dirigió la investigación.

"Llevar la ciencia a la gente es lo más importante, ", Dijo Pradeep." La espectrometría de masas es una herramienta fantástica, pero aún no está en la mesa de todos los médicos ni en el bolsillo de los inspectores agrícolas y los guardias de seguridad. Se han desarrollado grandes técnicas, pero debemos perfeccionarlos para convertirlos en herramientas asequibles, se puede fabricar de forma eficiente y utilizar fácilmente ".

El estudio financiado por la National Science Foundation utilizó una técnica de análisis desarrollada por Cooks y sus colegas llamada ionización PaperSpray ™. La técnica se basa en una muestra obtenida limpiando un objeto o colocando una gota de líquido sobre un papel mojado con un solvente para capturar los residuos de la superficie del objeto. Luego se corta un pequeño triángulo del papel y se coloca en un accesorio especial del espectrómetro de masas donde se aplica voltaje. El voltaje crea un campo eléctrico que convierte la mezcla de solvente y residuos en gotitas finas que contienen moléculas ionizadas que se desprenden y se vacían en el espectrómetro de masas para su análisis. Luego, el espectrómetro de masas identifica las moléculas ionizadas de la muestra por su masa.

La técnica depende de un campo eléctrico fuerte y los nanotubos actúan como antenas diminutas que crean un campo eléctrico fuerte a partir de un voltaje muy pequeño. Un voltio sobre unos pocos nanómetros crea un campo eléctrico equivalente a 10 millones de voltios sobre un centímetro, Dijo Pradeep.

"El truco consistía en aislar a estos pequeños antenas a nanoescala y evitar que se agrupen porque los nanotubos individuales deben sobresalir del papel, ", dijo." Los nanotubos de carbono funcionan bien y pueden dispersarse en agua y aplicarse sobre sustratos adecuados ".

La Nano Misión del Gobierno de la India apoyó la investigación en el Instituto Indio de Tecnología de Madrás y los estudiantes graduados Rahul Narayanan y Depanjan Sarkar realizaron los experimentos.

Además de reducir el tamaño de la batería requerida y el costo de energía para ejecutar las pruebas, la nueva técnica también simplificó el análisis al eliminar casi por completo el ruido de fondo, Cooks dijo.

"Bajo estas condiciones, el análisis es casi libre de ruido y nítido, se entrega una señal clara de la muestra, ", dijo." No sabemos por qué es esto, por qué las moléculas de fondo que nos rodean en el aire o desde el interior del equipo no se ionizan y entran en el análisis. Es desconcertante pero agradable sorpresa ".

El voltaje reducido requerido también hace que el método sea más suave que las técnicas de ionización estándar PaperSpray ™.

"Es un método muy suave, "Dijo Cooks." Las moléculas y complejos frágiles son capaces de mantenerse unidos aquí cuando de otra manera no lo harían. Esto podría dar lugar a otras aplicaciones potenciales ".

El equipo planea investigar los mecanismos detrás de la reducción del ruido de fondo y las posibles aplicaciones del método suave. pero el aspecto más prometedor de la nueva técnica es su potencial para miniaturizar el sistema de espectrometría de masas, Cooks dijo.

Cooks es un pionero en espectrometría de masas y ha trabajado durante años para llevar espectrómetros de masas del tamaño de un automóvil al de una caja de zapatos.

Al principio de su carrera, desarrolló técnicas de ionización ambiental que permitieron realizar pruebas en el aire o directamente en una superficie en su entorno natural. a diferencia de las técnicas convencionales de espectrometría de masas que requerían separaciones químicas, manipulaciones de muestras y contención en cámara de vacío para ionización y análisis. La ionización ambiental allanó el camino para una dispositivos de espectrometría de masas más portátiles que podrían usarse fuera de un laboratorio.

Cooks y su colaborador Zheng Ouyang, Profesor asociado de Purdue de ingeniería biomédica e ingeniería eléctrica e informática, han creado varias generaciones de espectrómetros de masas en miniatura. Recientemente publicaron artículos sobre la última generación, el "Mini 12, "en el diario Química analítica .

Cooks y su equipo han perfeccionado las herramientas para su uso en imágenes moleculares para el diagnóstico y la cirugía del cáncer; seguimiento de fármacos terapéuticos; pruebas de biomarcadores en orina; y la identificación de patógenos transmitidos por los alimentos, bacterias residuos de plaguicidas y explosivos.

Cooks está asociado con varios centros de investigación de Purdue, incluido el Bindley Bioscience Center, el Centro Purdue para la Investigación del Cáncer y el Centro para el Desarrollo de Instrumentación Analítica.