Tecnología: Nuevo biosensor nanomecánico ultrasensible para “pesar” las enfermedades
Dos científicos del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica dependiente del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) en Rusia, han desarrollado un sensor nanomecánico ultracompacto altamente sensible para analizar la composición química de sustancias y para detectar objetos biológicos, tales como marcadores de enfermedades víricas, que aparecen cuando el sistema inmunitario reacciona a enfermedades incurables o difíciles de curar, incluyendo el SIDA, la hepatitis, el herpes y muchas otras. El sensor permitirá a los médicos identificar marcadores de tumores, cuya presencia en el cuerpo señala la aparición y crecimiento de tumores cancerosos.
La sensibilidad del nuevo dispositivo creado por Dmitry Fedyanin y Yury Stebunov queda mejor explicada por una característica clave del sensor: este puede hacer un seguimiento en tiempo real de cambios de apenas unos pocos kilodaltons en la masa de una pieza nanométrica con forma de trampolín. Un dalton es aproximadamente la masa de un protón o un neutrón, y varios miles de daltons corresponden a la masa de proteínas individuales y moléculas de ADN. Así que el nuevo sensor óptico permitirá diagnosticar enfermedades mucho antes de que sean detectadas por cualquier otro método, lo que abrirá el camino hacia una nueva generación de sistemas de diagnóstico.
A diferencia de dispositivos similares, el nuevo sensor no tiene uniones complejas y puede ser producido mediante una tecnología estándar de fabricación utilizada en microelectrónica. El sensor consta de dos componentes: una guía de nanoondas fotónicas (o plasmónicas) para controlar la señal óptica, y el “trampolín” que tiene uno de sus extremos suspendido sobre la guía de ondas.
El trampolín es una larga y delgada tira de dimensiones microscópicas (5 micrómetros de largo, 1 micrómetro de ancho y 90 nanómetros de grosor), conectada firmemente a un chip. Para hacerse una idea de cómo funciona, imaginemos que presionamos firmemente un extremo de una regla en el borde de una mesa y que permitimos que el otro extremo cuelgue libremente en el aire. Si tocamos este último con nuestra otra mano y después la apartamos, la regla empezará a realizar oscilaciones mecánicas con una cierta frecuencia. Así es como funciona el trampolín del sensor. La diferencia entre las oscilaciones de la regla y las del trampolín se halla solo en la frecuencia, que depende de los materiales y la geometría: mientras que la regla oscila a varias decenas de hercios, la frecuencia de las oscilaciones del trampolín se mide en megahercios. En otras palabras, ¡efectúa varios millones de oscilaciones por segundo!
Las oscilaciones del trampolín hacen posible determinar la composición química del entorno en el que es colocado el chip. Ello se debe a que la frecuencia de las vibraciones mecánicas depende no solo de las dimensiones de los materiales y sus propiedades, sino también de la masa del sistema oscilatorio, que cambia durante una reacción química entre el trampolín y el entorno. Colocando diferentes reactivos en el trampolín, los investigadores hacen que reaccione con sustancias específicas o incluso objetos biológicos.
