La tecnología está avanzando a pasos agigantados, y en la actualidad, los investigadores de la Escuela de Ingeniería de Tufts han desarrollado un método innovador para detectar sustancias peligrosas en el medio ambiente. Utilizando un sensor de biopolímero, los científicos han creado una forma de detectar patógenos, toxinas y químicos en una variedad de materiales, como ropa, guantes y máscaras.

El sensor utiliza una enzima similar a la que se encuentra en las luciérnagas, que brilla cuando detecta estas sustancias peligrosas. Este sensor está compuesto por proteínas diseñadas computacionalmente y fibroína de seda extraída de capullos de polillas de seda. Además, también se puede incrustar en películas, esponjas, filtros o moldear como plástico para tomar muestras y detectar peligros en el aire y el agua, o incluso para señalar infecciones o cáncer en nuestros cuerpos.

Los investigadores han demostrado cómo el sensor detecta en cuestión de minutos virus como el SARS-CoV-2 que causa la COVID-19, anticuerpos contra el virus de la hepatitis B, la toxina botulínica transmitida por los alimentos, la neurotoxina B o el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2), un indicador de la presencia de cáncer de mama.

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¿Cómo funciona?

El sensor funciona mediante un rociado rápido con un químico no tóxico después de estar potencialmente expuesto a sustancias peligrosas, si el objetivo está presente, el sensor genera luz, y la intensidad de la luz emitida proporciona una medida cuantitativa de la concentración del objetivo. La combinación de proteínas y seda diseñadas en el laboratorio es una plataforma de sensores que se puede adaptar para detectar una amplia gama de agentes químicos y biológicos con un alto grado de especificidad y sensibilidad. Los anticuerpos contra el SARS-CoV-2 y contra la hepatitis B se pueden medir en niveles que se acercan a los ensayos clínicos.

El sistema de detección es modular, lo que significa que los desarrolladores pueden reemplazar las proteínas para capturar patógenos o moléculas específicas para medir, mientras que el mecanismo de emisión de luz sigue siendo el mismo. Esto permite que los desarrolladores puedan adaptar el sensor para detectar diferentes patógenos o moléculas específicas, mientras que el funcionamiento básico del sensor sigue siendo el mismo. Además, esta tecnología tiene un gran potencial para detectar no solo virus como el SARS-CoV-2, sino también otros patógenos, incluyendo anticuerpos contra la hepatitis B, toxinas alimentarias y ciertos indicadores de cáncer.

La tecnología utilizada en este sensor es única y muy prometedora. Créditos: Silklab

La ciencia detrás de este sensor

La tecnología utilizada en este sensor es única y muy prometedora. El sensor está compuesto por proteínas diseñadas computacionalmente y fibroína de seda, un componente extraído de capullos de polillas de seda. Esta combinación de proteínas y seda es especialmente útil debido a su capacidad para ser procesada y fabricada mediante métodos seguros a base de agua, y su capacidad para ser fabricada en diferentes materiales. Esto permite que el sensor sea incrustado en películas, esponjas, textiles, o incluso imprimido en una variedad de objetos portátiles como ropa, guantes y máscaras.

Además de su capacidad para detectar patógenos y sustancias peligrosas en el medio ambiente, el sensor de biopolímero desarrollado por los investigadores de la Escuela de Ingeniería de Tufts tiene la ventaja de ser imprimible en una amplia variedad de materiales, incluyendo objetos portátiles como ropa, guantes y máscaras. Esto significa que su aplicación se extiende más allá de la detección de patógenos y sustancias peligrosas en entornos laborales o hospitalarios, ya que también se puede utilizar en la vida cotidiana para detectar infecciones o cáncer en nuestros cuerpos.

El sensor utiliza una enzima similar a la que se encuentra en las luciérnagas, que brilla cuando detecta sustancias peligrosas. El sistema de detección es modular. Esto significa que los desarrolladores pueden reemplazar las proteínas para capturar patógenos o moléculas específicas para medir. Mientras que el mecanismo de emisión de luz sigue siendo el mismo. Esto permite adaptar el sensor a futuras amenazas para la salud pública.

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La vida útil de los materiales integrados con sensores

Los investigadores de Tufts han probado la vida útil de los materiales integrados con sensores SARS-CoV-2 después de almacenarlos a 60 grados centígrados durante cuatro meses. Luego de ello encontraron muy pocos cambios en su rendimiento. Esto significa que estos sensores pueden ser fabricados, distribuidos y almacenados durante períodos prolongados sin perder su sensibilidad o precisión, y sin la necesidad de almacenamiento refrigerado. Esta característica es especialmente importante dado que estos sensores están hechos de proteína.

Este enfoque también podría hacer que los sensores estén ampliamente disponibles en diferentes formatos. Por ejemplo, se podrían fabricar máscaras quirúrgicas que detecten patógenos, empaquetarlas y usarlas con el tiempo como máscaras convencionales. También se ha demostrado que se puede imprimir el sensor dentro de los envases de alimentos para rastrear el deterioro y las toxinas. Esto sugiere que se podrían modificar muchos productos que utilizamos todos los días para incluir sensores, almacen arlos y usarlos como lo haríamos normalmente.

La versatilidad de estos sensores es lo que los convierte en una herramienta valiosa para la detección de patógenos y sustancias peligrosas en el medio ambiente. Los sensores de biopolímero pueden ser impresos en una variedad de materiales, desde ropa y guantes hasta máscaras y envases de alimentos. Además, estos sensores pueden ser modulares, lo que permite a los desarrolladores adaptarlos para detectar diferentes patógenos o moléculas específicas.

La vida útil de estos sensores también es impresionante. Los investigadores de Tufts han demostrado que estos sensores se mantienen estables después de almacenarlos a altas temperaturas durante varios meses. Además, pueden seguir funcionando cerca de su sensibilidad original. Esto significa que podemos fabricar, distribuir y almacenar estos sensores durante largos períodos de tiempo sin perder su sensibilidad o precisión.

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Conclusión

En resumen, los sensores de biopolímero desarrollados por los investigadores de la Escuela de Ingeniería de Tufts son una tecnología innovadora. Esta puede detectar patógenos y sustancias peligrosas en el medio ambiente con un alto grado de precisión y sensibilidad. Estos sensores están compuestos por proteínas diseñadas computacionalmente y fibroína de seda extraída de capullos de polillas de seda. Dichos sensores pueden ser impresos en una variedad de materiales, desde ropa y guantes hasta máscaras y envases de alimentos.

El sensor utiliza una enzima similar a la que se encuentra en las luciérnagas. Esta brilla cuando detecta sustancias peligrosas, proporcionando una medida cuantitativa de la concentración del objetivo. La vida útil de estos materiales integrados con sensores es impresionante, ya que pueden almacenarse durante períodos prolongados sin perder su sensibilidad o precisión.

Este enfoque podría hacer que los sensores estén ampliamente disponibles en diferentes formatos. Por ejemplo, para supervisión personal y de pacientes hasta control de infecciones en entornos de atención médica y detección ambiental. Es una tecnología prometedora que tiene el potencial de cambiar la forma en que detectamos y combatimos patógenos y sustancias peligrosas en el medio ambiente.

Referencias:

Reshaping de Novo Protein Switches into Bioresponsive Materials for Biomarker, Toxin, and Viral Detection: https://doi.org/10.1002/adma.202208556

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