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
