(Phys.org) —Una de las mayores promesas de la nanotecnología es interactuar con el mundo biológico de la forma en que lo hacen nuestras propias células, pero los biosensores actuales deben estar hechos a medida para detectar la presencia de un tipo de proteína, cuya identidad debe conocerse de antemano.

Los ingenieros de la Universidad de Pensilvania han ideado un nuevo tipo de biosensor basado en grafeno que funciona de tres formas a la vez. Debido a que las proteínas desencadenan tres tipos diferentes de señales, el sensor puede triangular esta información para producir resultados más sensibles y precisos. Aprovechando la integración única de múltiples modos de detección física en el mismo chip, este dispositivo sensor puede ampliar mil veces el rango de detección de concentración de proteínas.

Este rango extendido podría ser particularmente útil en el diagnóstico temprano de ciertos cánceres, donde la concentración de biomarcadores en sangre varía en órdenes de magnitud de un paciente a otro. La capacidad de realizar múltiples detecciones del mismo biomarcador en el mismo chip también tiene el potencial de reducir los falsos positivos y negativos en las pruebas de diagnóstico médico.

Finalmente, tal técnica podría usarse en un biosensor de uso general, que podría identificar una amplia gama de proteínas a través de su masa, así como sus propiedades ópticas y eléctricas.

Un biosensor que no tuviera que ajustarse para detectar solo proteínas específicas tendría una gran cantidad de aplicaciones biomédicas en dispositivos de diagnóstico.

El estudio, publicado en la revista Nano letras , fue realizado por Ertugrul Cubukcu, profesor asistente en los departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Eléctrica y de Sistemas en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn, y miembros de su laboratorio, Alexander Y. Zhu, Fei Yi, Jason C. Reed y Hai Zhu.

"En un biosensor monomodo típico tienes dos proteínas que interactúan fuertemente. Unes la proteína A a tu sensor y, cuando la proteína B se une a ella, el sensor transduce esa unión en algún tipo de señal eléctrica, "Cubukcu dijo, "Pero es una especie de sensor tonto en el sentido de que solo puede decirle si ese tipo de enlace ha ocurrido.

"Pero digamos que tienes proteínas A, B, C y D, todos con diferentes propiedades físicas, como carga y masa. Si tuviera un sensor que fuera sensible a varias de esas propiedades, se podría notar la diferencia entre esos eventos de unión sin comenzar con las proteínas correspondientes para todos ellos ".

Cuantos más modos de detección funcionen a la vez, cuanto mejor sea un sensor para distinguir entre proteínas similares. Las proteínas A y B pueden tener la misma masa pero cargas diferentes, mientras que las proteínas B y C tienen las mismas cargas pero diferentes propiedades ópticas.

Un sensor multimodal, extraer datos de varias categorías, podría reducir la identidad de una proteína comparando esos valores con una gran base de datos. Tal capacidad podría potencialmente permitir su aplicación a muestras donde se desconoce el contenido de la proteína, una actualización importante de la tecnología actual que generalmente involucra sensores de construcción personalizados para detectar la presencia de conjuntos predefinidos de proteínas.

Los sensores del equipo consisten en una base de nitruro de silicio, recubierto con una capa de grafeno, una red de átomos de carbono de un solo átomo de espesor. Al estar basado en carbono, el grafeno es una superficie de unión atractiva para las proteínas, lo que significa que el dispositivo no necesita ser "funcionalizado" con proteínas que puedan interactuar con las que el sensor pretende detectar.

La extrema delgadez del grafeno y las propiedades eléctricas únicas también permiten la mecánica, modos eléctrico y óptico para operar simultáneamente sin interferir entre sí.

"En el modo mecánico, el grafeno es como la piel de un tambor, "dijo Alexander Zhu, el primer autor del estudio, que entonces era un estudiante universitario que trabajaba en el laboratorio de Cubukcu. "A medida que las proteínas se unen, la masa total cambia y la resonancia del tambor cambia en función de la masa total.

"En el modo eléctrico, podemos observar cómo viajan los electrones a través del grafeno. La conductancia es una función del total de portadores disponibles en el interior, asi que, si tienes algo que se adhiera al grafeno, que cambia el número de portadores y por lo tanto las propiedades de conductancia.

"Finalmente, en el modo óptico, tenemos una fuente de luz visible y la iluminamos sobre el sensor y medimos el reflejo. Cuando nada está atado es ver solo aire, pero, tan pronto como las proteínas se unan, podemos medir el cambio en el índice de refracción ".

En su estudio, los investigadores probaron su sensor con muestras conocidas de proteínas para demostrar que los tres modos pueden funcionar simultáneamente.

"Hemos demostrado que una muestra proporciona los tres turnos, "Yi dijo, "en la misa, lecturas eléctricas y ópticas ".

El trabajo adicional del grupo de Cubukcu investigará la viabilidad de usar este sensor multimodal para identificar proteínas de muestras desconocidas.