El Instituto Fraunhofer de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos IMS y la Universidad Ruhr de Bochum (Alemania) han desarrollado un proceso que permite una nueva forma de amplificación de señales para pruebas de diagnóstico. Mediante el uso avanzado de nanotubos de carbono luminiscentes de pared simple en bioanálisis, los procedimientos de prueba se pueden llevar a cabo de manera más sensible, rápida y económica.
Los sensores se pueden utilizar para procesos enzimáticos. Su adaptabilidad a diferentes condiciones de reacción abre una amplia gama de aplicaciones para métodos estándar como ELISA, abreviatura de Enzyme-linked Immunosorbent Assay.
Los resultados se publicaron el 15 de diciembre de 2023 en Angewandte Chemie International Edition. . Abren nuevas posibilidades para mejorar los procedimientos de diagnóstico y ahorrar agentes de detección.
Muchos procedimientos de diagnóstico utilizan luz para detectar la cantidad de una sustancia en particular. Puede ser una sustancia coloreada o una sustancia luminiscente. Desafortunadamente, en el rango de luz visible hay muchas señales de fondo. Para desplazar la señal óptica de una medición a un rango espectral mejor, los investigadores utilizaron tubos de carbono de menos de un nanómetro de diámetro. Es aproximadamente 100.000 veces más fino que un cabello humano.
Los sensores emiten fluorescencia en el rango del infrarrojo cercano, que no es visible para el ojo humano, y no decoloran. Además, la fluorescencia de los sensores es sensible a su entorno químico debido a una modificación en su superficie. Esto permite observar reacciones químicas y detectar productos de reacción cuando interactúan con el nanotubo.
La fluorescencia de los nanotubos desplaza la señal al rango del infrarrojo cercano, lo que, combinado con la alta sensibilidad de los nanotubos, da como resultado un desplazamiento en el límite de detección. Esto es importante, por ejemplo, cuando los marcadores de enfermedades están presentes en niveles muy bajos en una infección o enfermedad como el cáncer.
La capacidad de adaptar los nanotubos a diferentes analitos abre una amplia gama de posibilidades, incluido un aumento de la sensibilidad. Esta ganancia de sensibilidad permite un cambio potencial en los límites de detección, lo que puede generar ahorros tanto de material como de tiempo en los procesos de diagnóstico. Este enfoque innovador podría aumentar significativamente la eficiencia de los métodos de detección en el diagnóstico médico.
El grupo demostró que el nuevo principio del sensor funciona utilizando los sustratos p-fenilendiamina y tetrametilbencidina para la enzima peroxidasa de rábano picante. "Esta enzima se utiliza en diversos métodos de detección bioquímica", explica Justus Metternich del Instituto Fraunhofer IMS.
"En principio, sin embargo, el concepto se puede aplicar a todo tipo de sistemas. Por ejemplo, también hemos investigado la enzima β-galactosidasa, que es interesante para aplicaciones de diagnóstico. Con algunas modificaciones, también podría usarse en biorreacciones ."
En el futuro, el grupo planea adaptar los sensores para otras aplicaciones. Por ejemplo, dependiendo de la aplicación, los sensores podrían hacerse más estables con los llamados defectos cuánticos. "Esto sería especialmente ventajoso si no sólo se desea realizar mediciones en soluciones acuosas simples, sino también seguir reacciones enzimáticas en entornos complicados con células, en la sangre o en el propio biorreactor", explica Sebastian Kruss, profesor de química física en Universidad del Ruhr en Bochum y jefe del grupo Attract Biomedical Nanosensors en el Fraunhofer IMS.
Más información: Justus T. Metternich et al, Amplificación de señales y traducción en el infrarrojo cercano de reacciones enzimáticas mediante nanosensores, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202316965
Proporcionado por Ruhr-Universitaet-Bochum
