Los ingenieros de Tufts presentan un sensor portátil para detectar patógenos, toxinas y productos químicos peligrosos

Universidad de Tufts, Medford, MA

Un dron en el que el fuselaje está incrustado con material sensor. (Imagen:SilkLab)

Investigadores de la Escuela de Ingeniería de Tufts han desarrollado un método para detectar bacterias, toxinas y productos químicos peligrosos en el medio ambiente con un sensor de biopolímero que se puede imprimir como tinta en una amplia gama de materiales, incluidos los dispositivos portátiles.

Utilizando una enzima similar a la que se encuentra en las luciérnagas, el sensor, que se basa en proteínas diseñadas computacionalmente y fibroína de seda extraída de los capullos de la polilla de la seda Bombyx Mori, brilla cuando detecta estas amenazas invisibles.

El sensor de biopolímero también se puede incrustar en películas, esponjas y filtros, o moldearse como plástico para tomar muestras y detectar peligros transmitidos por el aire y el agua o usarse para señalar infecciones en nuestros cuerpos.

Actualmente, los sensores requieren un rocío con una sustancia química no tóxica después de haber estado potencialmente expuestos a bacterias, toxinas y sustancias químicas peligrosas. Si el objetivo está presente, el sensor genera luz; la intensidad de la luz emitida proporciona una medida cuantitativa de la concentración del objetivo.

"La combinación de proteínas y seda diseñadas en 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", dijo el profesor Fiorenzo Omenetto, director de Tufts SilkLab. "Por ejemplo, los anticuerpos contra el SARS-CoV-2 y la hepatitis B se pueden medir en niveles que se acercan a los ensayos caseros".

El elemento sensor es modular, por lo que los desarrolladores pueden intercambiar proteínas recientemente diseñadas para capturar patógenos o moléculas específicas para medir, mientras que el mecanismo de emisión de luz sigue siendo el mismo.

"Usando el sensor, podemos detectar rastros de SARS-CoV-2 en el aire, o podemos imaginar modificarlo para adaptarlo a cualquiera que sea la próxima amenaza para la salud pública", dijo Omenetto.

Los sensores pueden adoptar una variedad de formas, como lo demuestra el equipo de investigación que creó drones de detección de virus en cuyo fuselaje estaba incrustado el material del sensor. Durante el vuelo, las hélices dirigen el flujo de aire a través del cuerpo poroso del dron, que puede examinarse después del aterrizaje. Los drones, que en este caso reaccionaron a patógenos transportados por el aire, podrían permitir monitorear los entornos desde una distancia segura.

Los investigadores probaron la vida útil de los materiales integrados con sensores de SARS-CoV-2 después de almacenarlos a 60 °C durante cuatro meses y encontraron muy pocos cambios en el rendimiento.

"Esto significa que podemos fabricar, distribuir y almacenar estas interfaces de detección durante largos períodos de tiempo sin perder su sensibilidad o precisión y sin necesidad de almacenamiento refrigerado, lo cual es notable debido al hecho de que están hechas de proteínas", afirmó Luciana d'Amone, codirectora del proyecto. Además, podría ampliar los formatos de los sensores.

"Por ejemplo, se podrían fabricar mascarillas quirúrgicas capaces de detectar patógenos, empaquetarlas en cajas y usarlas con el tiempo como las mascarillas convencionales", dijo d'Amone. "También demostramos que se puede imprimir el sensor dentro de los envases de alimentos para rastrear el deterioro y las toxinas. Se pueden modificar muchos productos que usamos todos los días para incluir sensores, y almacenarlos y usarlos como lo haría normalmente".

El equipo prevé aplicaciones de sensores que van desde la monitorización personal y de pacientes y el control de infecciones en entornos sanitarios hasta la detección ambiental en el hogar, el lugar de trabajo, el ejército y las zonas de desastre.

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