Químicos lituanos desarrollan sensores de oxígeno que pueden aplicarse desde el envasado de alimentos al diagnóstico del cáncer
Sensibilidad récord
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (Lituania) han desarrollado nuevos compuestos orgánicos que actúan como sensores de oxígeno muy sensibles. Estos sensores pueden detectar con precisión hasta la más mínima cantidad de oxígeno en el ambiente, una información crucial en situaciones en las que la concentración de oxígeno puede determinar el éxito de un proceso o incluso la vida de una persona.
Dr. Matas Gužauskas.
KTU
Los sensores pueden aplicarse en medicina, por ejemplo, para diagnosticar la hipoxia tumoral -estado en el que casi no hay oxígeno alrededor de un tumor-, en la industria alimentaria -para comprobar si un envase ha perdido su precinto- y en biotecnología -para controlar con precisión los procesos de cultivo celular-. Además, su rendimiento puede observarse a simple vista, mientras que su sensibilidad récord garantiza una detección rápida y fiable.
No se utilizan compuestos tóxicos
"Hemos desarrollado dos nuevos materiales que actúan como sensores de oxígeno de alta sensibilidad. Su luminiscencia depende de la presencia de oxígeno en el ambiente: sin él, la luz no sólo se intensifica, sino que cambia de color, de azul a verde. Este cambio puede observarse a simple vista, lo que permite detectar el oxígeno sin necesidad de equipos complejos", explica uno de los autores de la innovación, el doctor Matas Gužauskas.
Los compuestos desarrollados en la KTU funcionan mediante fosforescencia, un tipo de brillo que se produce a temperatura ambiente. Se trata de una propiedad rara y muy valiosa para los compuestos orgánicos, ya que la mayoría sólo brillan a temperaturas muy bajas.
La fosforescencia se produce cuando una molécula se excita y entra en un estado energético especial denominado estado triplete. A partir de este estado, la luz se emite durante más tiempo que en la fluorescencia normal. Esta emisión de larga duración es extremadamente sensible al oxígeno: cuando las moléculas de oxígeno se encuentran con una molécula excitada, capturan su energía y suprimen el resplandor.
Tradicionalmente, para lograr la fosforescencia se utilizan complejos de metales pesados como el iridio o el platino. "Estos metales son muy caros, lo que aumenta mucho el coste del producto final. Además, sus derivados suelen ser tóxicos y perjudiciales para el medio ambiente. Por estas razones, su uso es especialmente problemático en biología, medicina o industria alimentaria, donde la seguridad es la máxima prioridad", explica Gužauskas, investigador de la Facultad de Tecnología Química (CTF) de la KTU.
Una alternativa, descubierta por científicos de la KTU, son los derivados del tiantreno. Se trata de moléculas orgánicas que contienen dos átomos de azufre en su estructura y tienen una estructura única, doblada y no plana. "Son precisamente los átomos de azufre y la estructura específica de la molécula lo que le permite emitir luz durante mucho tiempo", añade el Dr. Gužauskas.
Sensibilidad récord
Los compuestos desarrollados muestran una sensibilidad récord, como demuestra la constante de Stern-Volmer. En el caso de uno de los compuestos, esta constante es una de las más altas jamás registradas en sensores orgánicos sin metales, lo que permite detectar con fiabilidad y rapidez incluso las cantidades más pequeñas de oxígeno.
Esta excepcional sensibilidad abre un amplio abanico de aplicaciones. "Vemos un potencial especial en medicina y estamos buscando socios que puedan ayudarnos a evaluar la compatibilidad biológica de los materiales y explorar su uso en investigación celular o tisular", afirma Gužauskas.
Los compuestos podrían emplearse en sensores biomédicos y herramientas de bioimagen para controlar células, tejidos o procesos metabólicos en tiempo real. También son adecuados para dispositivos de control medioambiental que midan los niveles de oxígeno en el agua o el aire, así como para envases inteligentes en las industrias alimentaria y farmacéutica, donde podrían comprobar la integridad de un producto.
Además, los materiales podrían adaptarse para su uso en tintas de seguridad, cuya autenticidad sólo puede verificarse en condiciones específicas, y en diversos dispositivos optoelectrónicos.
Según el investigador, la síntesis de estos compuestos es relativamente sencilla: se basa en reacciones químicas bien establecidas, lo que significa que, una vez optimizadas las condiciones, la producción podría escalarse para una aplicación más amplia.
La investigación, realizada en el marco del proyecto del Centro de Excelencia en Ciencias Físicas y Tecnológicas (TiFEC), contó con el trabajo de la Dra. Rasa Keruckienė y del estudiante de doctorado de la KTU Lukas Dvilys. Según los investigadores, no abre un campo totalmente nuevo, pero establece un nuevo estándar dentro del área existente. M. Gužauskas está convencido de que los hallazgos podrían sentar las bases de importantes avances científicos.
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