Investigadores de EE. UU. Han desarrollado un sensor electroquímico basado en grafeno capaz de detectar histaminas (alérgenos) y toxinas en los alimentos mucho más rápido que las pruebas de laboratorio estándar.

El equipo utilizó la impresión por chorro de aerosol para crear el sensor. La capacidad de cambiar la geometría del patrón bajo demanda a través del control de software permitió la creación rápida de prototipos y la optimización eficiente del diseño del sensor.

Comentando los hallazgos, que se publican hoy en la revista IOP Publishing Materiales 2-D , el autor principal, el profesor Mark Hersam, de la Universidad Northwestern, dijo:"Desarrollamos una tinta de grafeno imprimible por chorro de aerosol para permitir la exploración eficiente de diferentes diseños de dispositivos, que fue fundamental para optimizar la respuesta del sensor ".

Como método de fabricación aditiva que solo deposita material donde se necesita y, por lo tanto, minimiza el desperdicio, Los sensores impresos por chorro de aerosol son de bajo costo, sencillo de hacer, y portátil. Esto podría permitir su uso en lugares donde se necesita un monitoreo continuo en el sitio de las muestras de alimentos para determinar y mantener la calidad de los productos. así como otras aplicaciones.

La autora principal, la profesora Carmen Gomes, de la Universidad Estatal de Iowa, dijo:"La impresión por chorro de aerosol fue fundamental para el desarrollo de este sensor. Los nanomateriales de carbono como el grafeno tienen propiedades materiales únicas como alta conductividad eléctrica, área de superficie, y biocompatibilidad que puede mejorar significativamente el rendimiento de los sensores electroquímicos.

"Pero, Dado que los sensores electroquímicos de campo suelen ser desechables, necesitan materiales que sean asequibles, alto rendimiento y fabricación escalable. La impresión por chorro de aerosol nos dio esto ".

El equipo creó electrodos interdigitados (IDE) de alta resolución en sustratos flexibles, que convirtieron en sensores de histamina uniendo covalentemente anticuerpos monoclonales a restos de oxígeno creados en la superficie del grafeno mediante un proceso de recocido térmico de CO2.

Luego probaron los sensores tanto en una solución amortiguadora (PBS) como en caldo de pescado, para ver qué tan efectivos eran en la detección de histaminas.

Coautor Kshama Parate, de la Universidad Estatal de Iowa, dijo:"Descubrimos que el biosensor de grafeno podía detectar histamina en PBS y caldo de pescado en rangos toxicológicamente relevantes de 6.25 a 100 partes por millón (ppm) y 6.25 a 200 ppm, respectivamente, con límites de detección similares de 2,52 ppm y 3,41 ppm, respectivamente. Estos resultados del sensor son significativos, ya que los niveles de histamina superiores a 50 ppm en el pescado pueden provocar efectos adversos para la salud, incluidas reacciones alérgicas graves, por ejemplo, Intoxicación alimentaria escombroide.

"Notablemente, los sensores también mostraron un tiempo de respuesta rápido de 33 minutos, sin necesidad de preetiquetado y pretratamiento de la muestra de pescado. Esto es mucho más rápido que las pruebas de laboratorio equivalentes ".

Los investigadores también encontraron que la sensibilidad del biosensor no se vio afectada significativamente por la adsorción no específica de grandes moléculas de proteínas que se encuentran comúnmente en las muestras de alimentos y se utilizan como agentes bloqueadores.

El autor principal, Dr. Jonathan Claussen, de la Universidad Estatal de Iowa, dijo:"Este tipo de biosensor podría usarse en instalaciones de procesamiento de alimentos, puertos de importación y exportación, y supermercados donde se necesita un control continuo in situ de las muestras de alimentos. Esta prueba en el lugar eliminará la necesidad de enviar muestras de alimentos para pruebas de laboratorio. que requiere pasos de manipulación adicionales, aumenta el tiempo y el costo del análisis de histamina, y, en consecuencia, aumenta el riesgo de enfermedades transmitidas por los alimentos y el desperdicio de alimentos.

"También podría usarse en otras aplicaciones de biosensores donde se necesita un monitoreo rápido de las moléculas objetivo, ya que el pretratamiento de la muestra se elimina utilizando el protocolo de inmunosensibilidad desarrollado. Además de detectar pequeñas moléculas de alérgenos como la histamina, podría usarse para detectar varios objetivos, como células y biomarcadores de proteínas. Al cambiar el anticuerpo inmovilizado en la plataforma del sensor por uno que sea específico para la detección de especies objetivo biológicas adecuadas, el sensor puede adaptarse a aplicaciones específicas. Los ejemplos incluyen patógenos alimentarios (Salmonella spp.), enfermedades humanas mortales (cáncer, VIH) o enfermedades animales o vegetales (influenza aviar, Tristeza cítrica) ".