Los biosensores basados ​​en células pueden simular el efecto de varias sustancias, como las drogas, en el cuerpo humano en el laboratorio. Dependiendo del principio de medición, aunque, producirlos puede resultar caro. Como resultado, a menudo no se utilizan. Los factores de costo para los sensores que realizan mediciones eléctricamente son el costoso material del electrodo y la compleja producción. Los científicos de Fraunhofer ahora están produciendo biosensores con electrodos de grafeno de forma económica y sencilla en la impresión de rollo a rollo. Ya existe un prototipo de sistema para la producción en masa.

Los biosensores basados ​​en células miden los cambios en los cultivos celulares a través de señales eléctricas. Esto se hace por medio de electrodos que se montan dentro de la placa de Petri o los pocillos de una denominada placa de pocillos. Si los virus añadidos destruyen una capa celular continua en los electrodos, por ejemplo, la resistencia eléctrica medida entre los electrodos se reduce. De este modo, El efecto de las vacunas o los medicamentos (por ejemplo) se puede probar:cuanto más eficaz sea el ingrediente activo, cuanto menor sea el número de células destruidas por los virus y menor será el cambio de resistencia medido. También pruebas de toxicidad, como en productos cosméticos, puede funcionar de acuerdo con el mismo principio y puede reemplazar los experimentos con animales en el futuro. Otra ventaja:si los biosensores están conectados a una unidad de evaluación, las mediciones pueden ser continuas y automatizadas.

Conductivo, biocompatible, imprimible

La preparación de los biosensores descritos es cara y compleja, aunque:los electrodos están hechos de un material biocompatible y eléctricamente conductor, como oro o platino. La producción de microelectrodos requiere un complicado proceso litográfico. El resultado:los laboratorios a menudo no compran estos biosensores debido a los altos costos, y el examen de los cultivos celulares continúa realizándose manualmente bajo un microscopio. Como alternativa a los metales preciosos, sin embargo, El grafeno ahora se puede utilizar como material para los electrodos. Las ventajas del material de carbono:es eléctricamente conductor, biocompatible y, si en forma de tinta, se puede imprimir en superficies.

Los científicos del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Biomédica IBMT en St. Ingbert, en la región alemana de Saarland, han hecho uso de esta tinta de grafeno. Junto con socios de la industria en el proyecto M-era.Net BIOGRAPHY, que está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF), han desarrollado un proceso de impresión que permite producir una gran cantidad de biosensores de grafeno en un proceso rentable de rollo a rollo. "Nuestro prototipo de sistema puede imprimir alrededor de 400 biosensores por minuto en una lámina continua, "Dr. Thomas Velten, Jefe del Departamento de Microsistemas Biomédicos de IBMT y Project Manager de BIOGRAPHY, dice al describir el resultado del trabajo de desarrollo. Si bien los socios involucrados proporcionan el equipo de impresión y la tinta de grafeno, los científicos del IBMT se han encargado del diseño del proceso de impresión. "En particular, es fundamental ajustar parámetros como la viscosidad de la tinta, velocidad de impresión, presión de la cuchilla dosificadora (una cuchilla raspadora limpia el exceso de tinta) y la profundidad del cilindro de impresión para que las estructuras impresas se correspondan con las dimensiones nominales, "explica Velten. Un equipo interdisciplinario de biólogos e ingenieros de IBMT también ha desarrollado una tinta de proteína, que se imprime directamente en los electrodos después del grafeno. Velten:"Es sólo gracias a las proteínas que las células se adhieren lo suficientemente bien a la lámina del electrodo". Un proceso complicado:las energías superficiales de la lámina y la tinta deben adaptarse entre sí de tal manera que la transferencia de la tinta desde el cilindro de impresión a la lámina se realice de manera óptima. Particularmente crítico es el secado de las estructuras impresas, ya que las proteínas no toleran disolventes ni altas temperaturas. Solo la combinación correcta de ingredientes de tinta y el método de secado garantizan que la tinta se seque lo suficientemente rápido.