Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) diseñan un biosensor capaz de identificar proteínas y péptidos con una resolución de una única monocapa
En un artículo publicado en la revista Biosensors and Bioelectronics, un equipo de investigadores del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han presentado un biosensor basado en la generación de una onda acústica de superficie ꟷuna especie de nanoterremotoꟷ que actúa sobre una estructura de materiales bidimensionales y que es capaz de identificar biomoléculas presentes en esa superficie. Estos resultados pueden contribuir al desarrollo de nuevos dispositivos lab-on-a-chip que combinen tanto las prestaciones de identificación química como de sensores de masa u otras aplicaciones.
Como describen los investigadores en este trabajo, la onda acústica de superficie (SAW, por sus siglas en inglés) ondula la superficie de una estructura bidimensional basada en grafeno, confinando la luz en el rango del infrarrojo medio en volúmenes muy pequeños e intensificando así la interacción entre luz y la materia en la nanoescala. En concreto, en la estructura ondulada se forman cuasipartículas llamadas polaritones de plasmón-fonón superficial, que son parte luz (fotones) y parte materia (vibraciones electrónicas y de la red cristalina).
Las moléculas orgánicas absorben luz a ciertas longitudes de onda en el infrarrojo medio que son características de su composición química y estructura. Así, al conjunto de todas estas resonancias de absorción se le conoce como la huella vibracional de la molécula, pues permite identificar el compuesto orgánico. “Gracias a que la interacción entre la luz y las biomoléculas depositadas en el sensor es más intensa, somos capaces de detectar cantidades más pequeñas del analito ꟷla parte que queremos analizarꟷ, incluso una única monocapa”, comenta Raúl Izquierdo, primer autor de este estudio.
Según Jorge Pedrós, líder de este estudio, “una ventaja de este mecanismo es que las SAWs se controlan de manera activa a través de un voltaje de alta frecuencia, permitiendo conmutar entre un estado de encendido, donde la interacción aumenta, y un estado de apagado, sin mejoras en la señal. Este método de medida aumenta la resolución del sensor”.
Además del diseño del sensor y los cálculos de su rendimiento, los autores también presentan en el artículo un método matemático para extraer información cuantitativa aparentemente oculta, incrementando aún más la sensibilidad del dispositivo. Para ello, han modelado las moléculas y los polaritones de plasmón-fonón superficial como osciladores que interactúan entre sí mientras ambos son impulsados por una fuerza externa (la luz que incide sobre el sensor). Pese a su simplicidad, han comprobado que este modelo reproduce bien los resultados de los cálculos.
En base a los resultados obtenidos, los investigadores confían en que este estudio contribuirá al desarrollo de nuevos dispositivos lab-on-a-chip donde se combinen las prestaciones de identificación química mediante la huella vibracional de este novedoso biosensor, junto con otras funcionalidades acústicas basadas en SAW como sensores de masa o mezclado y guiado de gotas en circuitos microfluídicos.
Referencia bibliográfica: Raúl Izquierdo-López, Rajveer Fandan, Alberto Boscá, Fernando Calle, and Jorge Pedrós. Surface-acoustic-wave-driven graphene plasmonic sensor for fingerprinting ultrathin biolayers down to the monolayer limit, Biosensors and Bioelectronics (2023). DOI: 10.1016/j.bios.2023.115498.
Fotografía de portada: Imagen del biosensor con una onda acústica de superficie./UPM & Scixel.
