Fue ideado por un equipo interdisciplinario y permite detectar indirectamente la presencia y cantidad de glucosa en una muestra. Se utiliza dentro de un dispositivo estándar para el análisis de reacciones electroquímicas. La clave radica en las nanopartículas de magnetita recubiertas con carbono, cuya producción demandó que las investigadoras utilizaran un método simple y de bajo costo de obtención. Por ahora, es una innovación de gran sensibilidad y rapidez que se aplica en mediciones experimentales de laboratorio

Mercedes Arana, becaria del Conicet, junto a Paula Bercoff en los momentos previos a la producción de nanopartículas

Un equipo de bioquímicas y físicas de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) desarrolló un biosensor que permite detectar electroquímicamente y cuantificar la cantidad de glucosa (azúcar) en sangre. La clave del desarrollo es el uso de nanopartículas de magnetita (óxido de hierro) recubiertas de carbono, lo que proporciona al análisis una gran sensibilidad y rapidez.

La medición de glucosa en sangre es el método principal para la detección de la diabetes y constituye un procedimiento cotidiano para su control y seguimiento clínico, tanto por parte de los profesionales de la salud como de las personas que poseen dicha afección. Según estimaciones de la Federación Internacional de la Diabetes, en América Central y América del Sur 25 millones de personas padecen esa enfermedad, de las cuales el 27,4% todavía no ha sido diagnosticado.
Biosensor

Detalle del biosensor

Cuando el extremo inferior del biosensor entra en contacto con la glucosa desencadena una reacción enzimática que produce peróxido de hidrógeno (H2O2), más comúnmente conocido como “agua oxigenada�. Esta sustancia provoca una alteración en el flujo de corriente que puede ser medida y sirve como confirmación de la presencia de glucosa en la muestra.

El biosensor ideado por las investigadoras de la UNC tiene aplicación en mediciones de laboratorio, dentro de un dispositivo estándar que se utiliza para estudiar reacciones electroquímicas. Es decir, se analizan y evalúan reacciones químicas a través de las variaciones de corriente que estas producen.

¿Cómo funciona? El biosensor tiene entre sus componentes una enzima denominada glucosa oxidasa que, al entrar en contacto con la glucosa, desencadena una reacción enzimática que produce peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). La presencia de esta sustancia provoca variaciones de corriente en un circuito de corriente constante y estas variaciones son las que permiten cuantificar la cantidad de glucosa existente en la muestra. Se trata de una medición de tipo indirecta porque lo que se registra es la variación de corriente generada por el peróxido de hidrógeno.

Así, el biosensor tiene una doble función: por un lado, provoca una reacción química a través de sus componentes; y por el otro, se comporta como un electrodo que colabora en el registro de variaciones en el flujo de corriente ocasionadas por esa reacción.

Nanopartículas recubiertas de carbono

Una de las claves del biosensor es el uso de nanopartículas recubiertas de carbono. Paula Bercoff, una de las investigadoras del equipo, logró sintetizar nanopartículas de magnetita, un óxido de hierro que, además de propiedades magnéticas, tiene la capacidad de acelerar ciertas reacciones químicas.

Para producir estas nanopartículas, Bercoff ideó un método sencillo y de bajo costo. Se trata de una molienda de alta energía que consiste en introducir hematita –el óxido de hierro más común– junto con carbono en polvo y esferas de acero en un molino especial que gira a 800 revoluciones por minuto.

La proporción de los materiales precursores es tal que luego de pocas horas se obtienen nanopartículas de magnetita recubiertas con carbono. Durante el proceso de molienda, la potencia de la fricción y los golpes ocasiona que los materiales puedan alcanzar temperaturas locales de hasta 400 a 500 grados centígrados.

“Lo interesante de las nanopartículas –explica Bercoff– es que, por su tamaño tan reducido, la superficie expuesta es mucho mayor que si las partículas fueran más grandes, lo que favorece los procesos que se dan en la superficie y por lo tanto mejoran la calidad y cantidad de señal detectable en las mediciones».
En la imagen, polvo de carbono (negro), hematita (rojizo) y las esferas de acero, junto
al recipiente donde se producirán las nanopartículas

Por otra parte, la incorporación de un material conductor como el carbono les permitió registrar una mejor respuesta en términos de velocidad de reacción, que está en el orden de los 10 a 12 segundos, lo mismo que los aparatos de medición rutinaria que hay en el mercado. “Además –agrega Marcela Rodríguez, otra de las integrantes del equipo– mejoramos la sensibilidad, es decir, logramos detectar respuestas en muestras cuya concentración de glucosa es muy pequeña�. Las pruebas con el biosensor ampliaron lo que se llama “el límite de detección�, el mínimo valor a partir del cual se logra identificar y mensurar la presencia de una sustancia.

En este punto, Rodríguez destaca el trabajo de Bercoff: “Paula logró sintetizar las nanopartículas en un proceso sencillo y de bajo costo. Además, se puede obtener una cantidad importante de una sola vez. Cuando decimos cantidad importante estamos hablando de cinco gramos�, aclara.

Según los estudios y pruebas realizados, solamente con un 10% de nanopartículas en la composición final de la pasta que conforma el electrodo está garantizada la capacidad y calidad de medición.

Electrodos de pasta

A las nanopartículas de magnetita recubiertas con carbono se las mezcla con polvo de grafito, que forma el material de electrodo; glucosa oxidasa, un catalizador biológico que permite acelerar las reacciones químicas, y, finalmente, un aceite mineral que aglutina los diferentes componentes transformándolos en una pasta homogénea de fácil manipulación.

Este material es embutido en un tubo de teflón (que es inerte). El contacto eléctrico con el material de electrodo se realiza a través de un tornillo de bronce que funciona como conductor electrónico en la conformación del circuito eléctrico para registrar la información obtenida. Así, queda armado un bioelectrodo: el biosensor de glucosa que permite detectar la presencia y cantidad de glucosa.
Por Ariel Orazzi
Redacción UNCiencia
Prosecretaría de Comunicación Institucional

Fuente: UNC

http://www.unciencia.unc.edu.ar/2014/diciembre/desarrollan-biosensores-con-nanoparticulas-para-detectar-glucosa-en-sangre/desarrollan-biosensores-con-nanoparticulas-para-detectar-glucosa-en-sangre

Investigadores de la Universidad Nacional de Tucumán desarrollaron un dispositivo manual y económico que mide concentraciones de glucosa en tiempo real. El desarrollo podría ser útil para realizar diagnósticos de diferentes enfermedades.

Foto: www.edicionesmedicas.com.ar

Los biosensores, pequeños aparatos manuales, están siendo desarrollados en la actualidad por investigadores de diferentes países que trabajan en el campo de la nanotecnología, una disciplina que manipula materiales a escala nanométrica (un nanómetro equivale a la millonésima parte de un milímetro).

Esos dispositivos pueden llegar a tener diferentes aplicaciones, por ejemplo para el diagnóstico de enfermedades a través de la detección en una gota de sangre, o en muestras de saliva, de moléculas que indicarían la presencia de algún desorden en su etapa inicial. El principio básico de esta tecnología consiste en el desarrollo de un sensor que reconoce una molécula y que produce una señal eléctrica. Luego mediante una electrónica adecuada y un programa de software se obtienen los resultados.

La revista Biosensors y Biolectronics describe un biosensor que mide en tiempo real y en forma precisa concentraciones de glucosa en diferentes muestras.

“El biosensor que desarrollamos es un sistema de bajo costo, eficaz y fácil de reproducir�, indicó a la Agencia CyTA una de las responsables principales de este proyecto, Carmen Mayorga Martínez, doctora en ciencias biológicas. Este avance lo hizo recientemente mientras se desempeñaba como investigadora del Laboratorio de Medios e Interfaces (LAMEIN) en el Departamento de Bioingeniería de la Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología en la Universidad Nacional de Tucumán. En la actualidad trabaja en el Instituto Catalán de Nanotecnología, en Barcelona, España.

La doctora Mayorga indica que dicho dispositivo podría tener múltiples aplicaciones en diversos sistemas biosensores o inmunosenores, sensores de DNA, o biosensores para controles ambientales.

“Podría ser útil para medir concentración de azúcar en sangre. O en pacientes diabéticos para controlar su salud. También podría ser usado para realizar controles en procesos industriales aplicados a la producción de alimentos o en la industria farmacéutica, entre otros objetivos�, destacó la investigadora.

Biosensor de glucosa
El dispositivo para medir concentraciones de glucosa está compuesto de una pasta de grafito y contiene una enzima que detecta glucosa y que se llama glucosa oxidasa. “Asimismo el sistema contiene un pequeño disco de oro que se lo utiliza como conector para conducir la corriente eléctrica cuando la enzima entra en contacto con la glucosa de la muestra. Posteriormente la señal es interpretada por un equipo que mide la impedancia (parámetro eléctrico que refleja la dificultad o facilidad para dejar pasar una corriente eléctrica a través de un sistema) y se obtiene una medición de la concentración�, explicó la doctora Mayorga.

Para demostrar la eficacia del biosensor se evaluaron diferentes parámetros y características. “Por un lado, la reproducibilidad de las mediciones, es decir, se construyeron numerosos dispositivos del mismo modelo, por diferentes personas y en diferentes laboratorios, dando todos resultados idénticos. Luego, se realizaron mediciones de soluciones de diferentes concentraciones de glucosa con el biosensor destacó la investigadora. Y continuó: “Se evaluó también la especificidad del mismo para la glucosa midiendo otros compuestos como acido ascórbico, acido úrico, dopamina, etc para los cuales el biosensor no presentó respuesta.�

Y agregó: “A la luz de los resultados obtenidos, se podría pasar a la implementación de este sistema en otros sistemas biosensores o sensores para aplicaciones comerciales�.

En la creación del biosensor también participaron Ernesto Treo, Rossana Madrid y Carmelo Felice de la Universidad Nacional de Tucumán (UNT), Argentina, del Instituto Superior de Investigaciones Biológicas y del CONICET. El trabajo contó con el apoyo de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, el CONICET, el Instituto Superior de Investigaciones Biológicas y el Consejo de Investigaciones de la Universidad Nacional de Tucumán.

Fuente: Agencia CyTA.

http://www.argentina.ar/_es/ciencia-y-educacion/C9789-desarrollan-un-biosensor-economico-para-medir-glucosa.php