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Un nuevo nanochip detecta infecciones bacterianas en 15 minutos

Posted by on Oct 28, 2015 | 0 comments

Un nuevo nanochip detecta infecciones bacterianas en 15 minutos

Un nuevo dispositivo – un sensor biológico dentro de un nanochip – que puede detectar las infecciones bacterianas entre 10 a 15 minutos estará disponible en 2016.

Ideado por un equipo de científicos de la Universidad de Stellenbosch en Sudáfrica, el dispositivo se está patentando actualmente. La Technology Innovation Agency ha financiado un prototipo en preparación para su comercialización en abril de 2016.

Los organismos patógenos infectan a cerca de 250 millones de personas al año. Al menos el 8%, en torno a 20 millones de personas, mueren. La detección temprana de infecciones puede prevenir muchas muertes.

Desde que el nanochip fue anunciado como un proyecto de la universidad en septiembre de 2014, se ha avanzado en el desarrollo de mecanismos de detección adicionales, mejorando sus capacidades.

Cómo nació el nanochip

El nanochip para la detección precoz de la infección se produjo después de un encuentro casual entre el autor y el microbiólogo Leon Dicks, un experto en el campo de los superconductores y dispositivos nanoeléctricos.

Mientras discutimos la investigación individual actual, acordamos trabajar para encontrar una forma de detectar infecciones temprana y precisa.

La base de nuestra investigación era la piezoelectricidad, que es cómo los cristales convierten la energía mecánica en energía eléctrica o viceversa.

El sensor que fue desarrollado para este fin comprende un nanochip apilado con moléculas de óxido de zinc en la parte superior de cada uno para crear millones de nanocables.

La energía piezoeléctrica desempeña un papel clave en el proceso de identificación. Cuando ciertos materiales, tales como alambres de óxido de zinc, sean aplastados o presionados, generan una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica aplicada. La más mínima perturbación en la estructura de los nanocables del chip conduce a la energía piezoeléctrica. Ésta se convierte entonces en energía eléctrica y se amplifica para producir una lectura de voltaje.

Los microorganismos, tales como bacterias, son conocidos como microorganismos flagelados. Los flagelos son casi como pequeñas colas que se fijan en el organismo. Un vigoroso movimiento de los flagelos se utiliza para propulsar los organismos a muy alta velocidad. Estos movimientos perturban los nanocables para generar una señal electrónica debido al efecto piezoeléctrico.

Condimento biológico

El nanochip utilizará un sustrato flexible que generaría electricidad por el movimiento del cuerpo de una persona, de ese modo, por ejemplo, cargando la batería de un dispositivo electrónico, como un marcapasos.

Para poder usar el nanochip para la detección de la infección, se añadió un condimento biológico al sensor y la aplicación mediante la adición de un señuelo que atraería a bacterias específicas. Un chip de silicio, que mide 1cm², se apila con moléculas de óxido de zinc en la parte superior de cada uno para crear un nanocable.

El concepto se probó uniendo moléculas de lisozima a la punta de cada nanocable. Las bacterias de lisozima buster fueron elegidas para la prueba, ya que se encuentran en abundancia en la saliva humana, las lágrimas y la leche.

Tan pronto como los anticuerpos específicos de lisozima se pegan a los nanocables, se realinean las moléculas de óxido de zinc. Este movimiento se detectó por un cambio en la potencia eléctrica en 15 minutos. Los anticuerpos específicos de lisozima se pegan a las moléculas lisozima. El movimiento causado por este proceso de atracción y el apego perturbó a los nanocables, resultando en la generación de una señal eléctrica.

Lo que encontramos

La investigación mostró que los nanocables de óxido de zinc son prometedores transductores de nanofuerza piezoeléctrica que se pueden desarrollar en los sistemas de detección biomoleculares.

La unión de anticuerpos a la superficie del biosensor indica un fuerte efecto piezoeléctrico en la señal del biosensor. El biosensor de nanofuerza diseñado mostró una relación lineal con respecto a la salida de tensión y la concentración de anticuerpo.

Los resultados demostraron que es posible detectar interacciones biomoleculares mediante el acoplamiento de las características piezotrónicas y biosensitivas de los nanocables de óxido de zinc.

Qué significa esto

Un paciente tragando una cápsula que contiene un nanochip para la detección de infecciones causadas por patógenos, tales como E. coli, Salmonella o V.cholera, sabrá de inmediato la causa de su enfermedad.

La producción de anticuerpos es el mecanismo natural para los seres humanos y los animales para combatir las infecciones bacterianas. Los anticuerpos son específicos para los patógenos y por la elección de los anticuerpos específicos para insertarse en el sensor piezoeléctrico, se hace posible detectar el patógeno específico que lo causa.

Las posibilidades de utilización de este concepto para la detección de diferentes infecciones o la presencia de diferentes tipos de bacterias son, por tanto, tremendas.

El uso de un nanochip antígeno-específico también podría proporcionar una excelente plataforma para probar la calidad del agua en las zonas rurales remotas.

Las pruebas para detectar ciertas infecciones bacterianas no necesariamente tienen que ser hechas en el interior del cuerpo del paciente. Una gota de sangre o de esputo de un paciente podría ser analizado para enfermedades como la tuberculosis, en una estación de pruebas de nanochip portátil, fuera del cuerpo.

Además, el método del sensor biológico nanochip podría desempeñar un papel importante en la detección y control de la infección post-operatoria. Los cirujanos podrían implantar un nanochip durante una operación a corazón abierto o de ortopedia. De esta manera, son conscientes de infecciones en las que la detección y tratamiento precoces son clave.

Beneficios

El uso de energía piezoeléctrica no es el único vehículo posible para la detección de la enfermedad. El sensor también utiliza el efecto piezoeléctrico para detectar los patógenos uniendo anticuerpos al sensor. El sensor atrae a los patógenos específicos.

Otros mecanismos pueden ser usados para detectar la presencia de patógenos en el cuerpo de un paciente. Estos mecanismos también utilizan anticuerpos como cebo.

El método de detección puede ser óptico, cuando los patógenos atraídos interfieren con la transmisión de luz a través de una fibra óptica recubierta con una estructura de andamio con anticuerpos unidos a él. Puede ser resistente cuando los patógenos alteran la resistencia de una estructura de detección. Es capacitiva cuando los patógenos cambian la constante dieléctrica de la estructura de detección.

Nos fijamos en las diferentes estructuras de detección, obviamente, con los anticuerpos unidos, que utilizan diferentes técnicas de detección. Otros métodos, entre ellos, las técnicas de detección de resistencia, capacitiva y óptica, están actualmente siendo analizadas.

Aparte de las vidas salvadas por la detección y tratamiento de infecciones precoces, el enfoque del sensor biológico nanochip podría convertirse en un método de diagnóstico menos costoso si se fabrica a gran escala. Se reducirían los costes.

Fuente: http://theconversation.com

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