Un equipo de investigadores del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha diseñado un biosensor capaz de identificar proteínas y péptidos en cantidades tan bajas como una sola monocapa. Para ello, se genera una onda acústica superficial (SAW), una especie de nanoterremoto controlado eléctricamente en un chip, con un transductor integrado para actuar sobre una pila de materiales 2D recubiertos con las biomoléculas que se van a detectar.
Tal y como informan en la revista Biosensors and Bioelectronics En un artículo titulado "Sensor plasmónico de grafeno impulsado por ondas acústicas de superficie para tomar huellas dactilares de biocapas ultrafinas hasta el límite de la monocapa", la SAW ondularía la superficie de una pila basada en grafeno de tal manera que confina la luz del infrarrojo medio a volúmenes muy pequeños, lo que mejora las interacciones luz-materia a nanoescala.
En particular, las cuasipartículas que son en parte luz (fotones) y en parte materia (electrones y vibraciones de la red), llamadas polaritones de plasmón-fonón de superficie, se forman en la pila ondulada que interactúa fuertemente con las moléculas de encima.
Las moléculas orgánicas absorben ciertas longitudes de onda de luz en el rango del infrarrojo medio que son características de su composición y estructura química. Por tanto, este conjunto de resonancias de absorción, denominada huella digital vibratoria, permite la identificación del compuesto orgánico.
"Al fortalecer la interacción entre la luz y las biomoléculas depositadas sobre el sensor, podríamos identificar analitos que requieran cantidades más pequeñas, alcanzando niveles tan bajos como una sola monocapa", afirma Raúl Izquierdo, primer autor de este estudio.
Según Jorge Pedrós, científico líder del estudio, "una ventaja de este mecanismo es que las SAW se controlan activamente a través de un voltaje de alta frecuencia, lo que permite cambiar fácilmente entre una configuración ON, en la que se incrementa la interacción, y una configuración OFF. sin ninguna mejora en la señal. Este esquema de medición aumenta la resolución del sensor."
"Además del diseño del sensor y los cálculos de su rendimiento, también proporcionamos un método matemático para extraer información cuantitativa aparentemente oculta, aumentando aún más la sensibilidad del sensor", afirma Izquierdo.
Para ello, las moléculas del analito y los polaritones del plasmón-fonón de superficie se modelan como osciladores que interactúan entre sí, mientras que ambos son impulsados por una fuerza externa (luz que incide sobre el sensor). A pesar de su simplicidad, se ha demostrado que este modelo reproduce muy bien los resultados de los cálculos.
Para concluir, Pedrós afirma:"Estamos seguros de que este estudio contribuirá al desarrollo de nuevos dispositivos de laboratorio en chip, combinando la capacidad de toma de huellas dactilares químicas de este novedoso biosensor impulsado por SAW con otras funcionalidades acústicas como la detección de masas basada en SAW". o gotas que fluyen y se mezclan en circuitos de microfluidos."
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Más información: Raúl Izquierdo-López et al, Sensor plasmónico de grafeno impulsado por ondas acústicas de superficie para tomar huellas dactilares de biocapas ultrafinas hasta el límite de la monocapa, Biosensores y bioelectrónica (2023). DOI:10.1016/j.bios.2023.115498
Información de la revista: Biosensores y Bioelectrónica
Jorge Pedrós - Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Electrónica e Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología, Universidad Politécnica de Madrid
