Tecnología de film transparente para mejorar detección de biomarcadores

Una novedosa técnica usa las arrugas en un film transparente envueltos en metal para aumentar las señales de fluorescencia 1.000 veces. La nueva tecnología puede allanar el camino para dispositivos de diagnóstico y detección de biomarcadores de bajo costo y altamente sensibles para permitir que los consultorios les suministren a sus comunidades la detección más sensible de las enfermedades infecciosas.

Un desafío persistente en la detección de fluorescencia es aumentar la relación señal a ruido de biomarcadores débilmente fluorescentes o de biomoléculas presentes en baja concentración. Además, los métodos actuales para la detección de agentes patógenos infecciosos tienen, predominantemente, un costo prohibitivo en la mayoría de las áreas del mundo. Ahora, un nuevo método utilizando la nanotecnología de film transparente común puede ayudar a resolver ambos problemas.

La nueva tecnología, descrita por H. Sharma et al. en la revista Optical Materials Express el 20 de marzo de 2014, ofrece una manera de aumentar significativamente la señal de los marcadores fluorescentes utilizados en los biosensores mediante el depósito de una combinación de metales sobre film transparente. “Mediante el uso de film transparente, de uso común y procesos de fabricación en masa, podemos hacer nanoestructuras de bajo costo para permitir aumentos en la fluorescencia mayores a 1.000 veces, permitiendo límites de detección inferiores significativamente menores”, dijo Michelle Khine, profesora de ingeniería biomédica en la Universidad de California, Irvine (EUA/). “Si usted tiene una solución con muy pocas moléculas que usted está tratando de detectar, como en el caso de las enfermedades infecciosas, esta plataforma ayudará a amplificar la señal de modo que se pueda detectar a partir de una sola molécula”.

En el método, desarrollado por el equipo de la UC Irvine, dirigido por la Prof. Khine, inicialmente se depositan capas delgadas de oro y de níquel sobre un polímero termoplástico pretensado (película de film-transparente). Cuando se calientan, el film-transparente se contrae, haciendo que las capas de metal más rígidas se tuerzan y arruguen en estructuras con forma de flor que son significativamente más pequeñas de lo que se había alcanzado previamente. Se añaden biomarcadores etiquetados con sondas fluorescentes a la capa de metal arrugado. Específicamente, se observaron más de tres órdenes de magnitud de mejora en la señal de fluorescencia emitida a partir de una sola molécula de anticuerpo inmunoglobulina G (IgG) de cabra, anti-ratón, etiquetada con isotiocianato de fluoresceína, FITC, (FITC-IgG), por excitación de dos fotones.

La emisión mejorada es debida a la excitación de los plasmones localizados en la superficie (oscilaciones coherentes de los electrones libres en el metal). Cuando la luz fue dirigida sobre la superficie arrugada, el campo electromagnético fue amplificado en las nanobrechas entre los pliegues del film transparente. Esto produjo áreas caracterizadas por repentinos estallidos de las señales intensas de fluorescencia de los biomarcadores. Esta es la primera demostración del aprovechamiento de los plasmones en estas nanoestructuras híbridas mediante fluorescencia mejorada por metal (MEF) en las longitudes de onda del infrarrojo cercano. Las estructuras pueden ser sintonizadas para tener una amplia gama de arquitecturas y tamaños de nanobrechas con resonancias de plasmones sintonizables, para lograr grandes mejoras de fluorescencia en otras regiones del espectro de longitud de onda de excitación.

Aunque la configuración actual requiere un equipo costoso, el equipo cree que este método allanará el camino para la creación de un dispositivo integrado, de bajo costo para magnéticamente atrapar y detectar sensiblemente moléculas y nanopartículas marcadas. Sin embargo, los análisis de muestras biológicas son en sí otro reto técnico: “La técnica debe trabajar con la medición de marcadores fluorescentes en muestras biológicas, pero todavía no la he ensayado en fluidos corporales”, dijo la Prof. Khine, quien advierte que la técnica todavía está muy lejos para poder ser usada en la clínica. Por ejemplo, señala: “Actualmente estamos trabajando en tratar de detectar el Rotavirus, pero uno de los principales retos es que nuestra superficie es hidrófoba por lo que la difusión del biomarcador en nuestras estructuras de materiales compuestos es limitada”.

Enlace relacionados:

University of California, Irvine

The Optical Society