Sensor de imágenes inspirado en una mariposa detecta con precisión células cancerosas

La luz ultravioleta (UV) es un tipo de radiación electromagnética que tiene una longitud de onda más corta que la luz visible pero más larga que los rayos X. Se divide en tres categorías: UVA, UVB y UVC, cada una con su gama única de longitudes de onda. Detectar la luz ultravioleta es complejo ya que es invisible para el ojo humano, lo que dificulta distinguir entre estas categorías. Por el contrario, las mariposas tienen la capacidad de ver ligeras variaciones en el espectro ultravioleta de la misma manera que los humanos perciben diferentes colores como el azul y el verde. Esta capacidad de la mariposa Papilio xuthus ha inspirado ahora a los investigadores para crear un sensor que puede detectar la luz ultravioleta que de otro modo sería indetectable para el ojo humano.

En la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (Urbana, IL, EUA), los científicos han diseñado un sensor que incluye capas de fotodiodos y utiliza nanocristales de perovskita (PNC) para obtener imágenes del espectro UV. Los PNC son nanocristales semiconductores con características distintas que se adaptan en función de su tamaño y composición, al igual que los puntos cuánticos, lo que cambia sus características de absorbancia y emisión. Estos se han convertido en materiales prometedores para diversas aplicaciones basadas en sensores, incluidas celdas solares y tecnología LED. Los PNC son notablemente eficaces para identificar rayos UV y longitudes de onda inferiores a las que pueden manejar los detectores de silicio tradicionales. En este nuevo sensor, la capa de PNC captura fotones ultravioleta y los convierte en luz visible (en el espectro verde), que luego es registrada por los fotodiodos de silicio subyacentes. Al procesar estas lecturas, el sensor puede mapear e identificar firmas UV con precisión.

Imagen: El sensor de imágenes UV comparado con una moneda de 25 centavos de EUA (Fotografía cortesía de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign)

Los tejidos cancerosos suelen contener niveles más altos de ciertos marcadores biomédicos, como aminoácidos, proteínas y enzimas, en comparación con los tejidos sanos. Cuando son estimuladas por la luz ultravioleta, estas sustancias emiten una fluorescencia en los espectros ultravioleta y visible, un fenómeno conocido como autofluorescencia. Esta diferencia de fluorescencia entre células cancerosas y sanas, debido a las diferentes concentraciones de estos marcadores, permite distinguirlas entre sí. Los investigadores probaron su tecnología de imágenes en función de su capacidad para diferenciar marcadores asociados con el cáncer y demostraron distinguir entre células cancerosas y no cancerosas con un nivel de certeza del 99 %. Los desarrolladores de este sensor anticipan su uso en entornos quirúrgicos, ayudando a los cirujanos a determinar la extensión de extirpación de tejido necesario para lograr márgenes libres de cáncer, apoyando así el proceso de toma de decisiones quirúrgicas en la extirpación de tumores.

"La obtención de imágenes en la región ultravioleta ha sido limitada y yo diría que ha sido el mayor obstáculo para lograr avances científicos", dijo el profesor de bioingeniería Shuming Nie, quien dirigió la investigación. “Ahora hemos creado esta tecnología con la que podemos obtener imágenes de la luz ultravioleta con alta sensibilidad y también distinguir pequeñas diferencias de longitud de onda. Esta nueva tecnología de imágenes nos permite diferenciar las células cancerosas de las sanas y está abriendo nuevas e interesantes aplicaciones más allá de la salud”.

Enlaces relacionados:
Universidad de Illinois Urbana-Champaign