Se duplica el rendimiento del biosensor
Sistema de alcohol oxidasa para la determinación precisa de valores metabólicos
Autocontrol de la glucosa en sangre y ajuste de la insulina según sea necesario: Los biosensores lo hacen posible para los diabéticos, con rapidez y sin necesidad de laboratorio. Los biosensores también se utilizan en otros campos, pero muchas aplicaciones prometedoras requieren una mayor precisión. Por ejemplo, la medición de los niveles de creatinina, un importante indicador de la función renal, ha sido hasta ahora demasiado imprecisa. Por ello, aún no se ha explotado todo el potencial de los biosensores.
Nicolas Plumeré, catedrático de Electrobiotecnología de la TUM, Huijie Zhang, antiguo investigador de su cátedra y ahora catedrático de Nuevas Energías de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing (China), y Mohamed Saadeldin, estudiante de doctorado de la TUM, se propusieron cambiar esta situación. En un estudio de laboratorio, la precisión de los biosensores de oxidasa para glucosa, lactato y creatinina aumentó aproximadamente del 50% al 99%, sin necesidad de calibración previa. El lactato, por ejemplo, se mide cuando se monitoriza a pacientes en estado crítico. Según el equipo, este avance abre campos de aplicación completamente nuevos. Sus hallazgos se han publicado en Science Advances.
El eliminador de oxígeno se ordena dentro del sensor
La anterior falta de precisión se debe al funcionamiento de estos sensores. Utilizan oxidasas, enzimas que convierten sustancias como la glucosa en gluconolactona y electrones. Los electrones se transfieren a los electrodos integrados en el sensor, generando una corriente eléctrica. Cuanto mayor es la concentración de una sustancia, más fuerte es la corriente que se muestra. El problema: las oxidasas no sólo transfieren electrones al electrodo, sino que también los transfieren al oxígeno del entorno. Estos electrones "perdidos" no contribuyen a la corriente, lo que debilita la señal y hace que la concentración medida parezca menor de lo que realmente es.
Para solucionarlo, los investigadores desarrollaron un eliminador de oxígeno: una alcohol oxidasa que consume el exceso de oxígeno convirtiéndolo en agua. Y lo que es más importante, esta alcohol oxidasa no reacciona con las sustancias diana reales: glucosa, creatinina o lactato. Tras esta "limpieza", sólo queda un mínimo de oxígeno, lo que permite a la oxidasa primaria transferir casi todos sus electrones al sensor.
De la sanidad a la agricultura
"Vemos una amplia gama de aplicaciones nuevas y ampliadas, así como la posibilidad de eliminar algunas pruebas de laboratorio en el futuro", afirma Nicolas Plumeré. "En medicina personalizada, estos biosensores podrían ayudar a calibrar los dispositivos vestibles, proporcionando datos de salud más fiables, detectando problemas de forma temprana y apoyando la dosificación precisa de medicamentos. También hay potencial en la asistencia sanitaria impulsada por IA, que depende de grandes conjuntos de datos que los biosensores mejorados podrían ayudar a generar."
Plumeré también ve oportunidades más allá de la medicina y ya está trabajando en aplicaciones prácticas. Basándose en el proyecto de investigación LiveSen-MAP, su equipo desarrolló una prueba basada en el mismo principio para medir el contenido de nitrógeno en las plantas de trigo. Esto permite ajustar la fertilización in situ, evitando la sobrefertilización. Para los agricultores, esto significa menores costes y un menor impacto ambiental.
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