Investigadores del Instituto Fraunhofer de Confiabilidad y Microintegración IZM han unido fuerzas con socios en la industria y la atención médica para desarrollar una práctica plataforma de sensores basada en óxido de grafeno para detectar infecciones agudas como la sepsis o los anticuerpos contra el coronavirus en minutos.

La situación actual con la pandemia de COVID-19 subraya la importancia de detectar infecciones de forma rápida y precisa para evitar una mayor propagación. Hoy dia, Los síntomas proporcionan pistas que ayudan a diagnosticar infecciones virales o bacterianas. Sin embargo, muchas infecciones tienen síntomas similares, por lo que estos signos pueden malinterpretarse fácilmente y la enfermedad puede diagnosticarse erróneamente. Los análisis de sangre brindan certeza, pero los laboratorios sólo los realizan cuando lo prescribe el médico de familia. Cuando lleguen los resultados del laboratorio, los médicos a menudo han recetado un antibiótico que puede resultar innecesario.

Solo una gota de sangre para un diagnóstico

Los investigadores de Fraunhofer IZM en Berlín han estado trabajando en el proyecto Graph-POC desde abril de 2018 en una plataforma de sensores basada en óxido de grafeno para enfrentar precisamente estos desafíos en el diagnóstico de infecciones. Una sola gota de sangre o saliva es todo lo que se necesita para realizar un análisis preciso. Solo unos minutos después de que se aplique la gota a la superficie del sensor, Las señales eléctricas transmiten el resultado de la prueba al consultorio del médico de familia. Esta prueba rápida proporciona certeza en solo 15 minutos para reemplazar el análisis de sangre prolongado en el laboratorio. Elimina el error y las conjeturas del diagnóstico para que el médico pueda prescribir el tratamiento adecuado o los antibióticos adecuados.

La prueba también se puede configurar para detectar anticuerpos que están presentes después de que un paciente se haya recuperado de una infección. Los investigadores de Fraunhofer IZM se están centrando ahora en esta aplicación para detectar infecciones anteriores con el virus COVID-19, que puede ayudar con los esfuerzos para rastrear cómo se ha propagado la infección. El cuerpo humano forma moléculas o proteínas llamadas biomarcadores en respuesta a una infección. Capture moléculas colocadas en la superficie del sensor basado en grafeno para detectar estos biomarcadores. Las mediciones diferenciales de la concentración de biomarcadores determinan si hay una infección.

Estructura 3-D para ampliar la superficie de medición

La característica más destacable de esta plataforma de sensores es su material base:eléctricamente conductor y biocompatible, El óxido de grafeno también es un medio de detección muy fiable. Hasta la fecha, solo se ha utilizado en microelectrónica en su forma original, una monocapa 2-D. Los investigadores de Fraunhofer IZM ahora lo están aplicando en una estructura 3-D en forma de escamas. Esta forma tridimensional aumenta la superficie de medición y la precisión de las mediciones.

Manuel Bäuscher, científico en Fraunhofer IZM y director de subproyectos en Graph-POC, ve grandes perspectivas para estos sensores de óxido de grafeno:"Podemos girar desde el campo médico actual para desarrollarnos también en la dirección del punto de necesidad; es decir, hacia la tecnología ambiental y la detección de impactos ambientales. Pero, por supuesto, la aplicación de corona es nuestra primera prioridad ". La matriz tridimensional de las escamas de óxido de grafeno y la mayor sensibilidad también abren la puerta a más aplicaciones. Por ejemplo, podría detectar gases nocivos como monóxido de carbono o acetona incluso a temperatura ambiente. Tal y como está, estos gases deben calentarse primero para desencadenar una reacción en la superficie que los sensores actuales pueden detectar. El sensor de óxido de grafeno reacciona a temperaturas más bajas cuando los óxidos metálicos se unen a su superficie sensible.

Los investigadores de Fraunhofer IZM están asumiendo otro desafío para escalar el proceso de producción para la fabricación en masa:están buscando aplicar el recubrimiento de óxido de grafeno a nivel de oblea para que se puedan procesar cientos de chips a la vez.

Anticuerpos detectables después de infecciones por coronavirus en aproximadamente un año

Los sensores basados ​​en óxido de grafeno deben integrarse en un soporte de plástico y la confiabilidad del sistema debe probarse antes de que se puedan implementar las pruebas rápidas. Aunque el proyecto original para detectar infecciones está programado para ejecutarse hasta la primavera de 2021, los investigadores no esperan poder verificar el sensor del coronavirus hasta dentro de un año más. Los socios de este proyecto son la Charité, Aptarion Biotech AG, Technische Universität Berlín, MicroDiscovery GmbH y alpha-board GmbH. Está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF).