Un biosensor detecta nanoplásticos en el agua en cuestión de minutos
Un biosensor basado en péptidos permite la detección directa de nanopartículas de poliestireno
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La creciente presencia de nanoplásticos en el medio ambiente ha puesto de relieve la necesidad de contar con métodos de detección más sencillos, lo que ha llevado a los investigadores de Science Tokyo a desarrollar un biosensor rápido para detectar nanopartículas de poliestireno en el agua. Tras someterlo a pruebas tanto con muestras de agua modelo como con muestras reales enriquecidas con nanopartículas de poliestireno, el dispositivo detectó partículas de 50 nm en 20 minutos sin necesidad de marcaje ni de una preparación exhaustiva de las muestras. Esta tecnología podría contribuir a los esfuerzos por comprender y abordar la acumulación de nanoplásticos en el medio ambiente.
Institute of Science Tokyo
Detección de nanoplásticos con un biosensor óptico basado en péptidos
Con el paso del tiempo, los plásticos se fragmentan en partículas cada vez más pequeñas, formando finalmente nanoplásticos, partículas cuyo tamaño oscila entre 1 y 1 000 nm. Estas partículas plásticas de tamaño nanométrico se han infiltrado en el medio ambiente y se han detectado en organismos vivos, incluido el cuerpo humano, lo que suscita una preocupación creciente por sus posibles repercusiones en el medio ambiente y la salud humana. Las técnicas analíticas actuales utilizadas para detectar nanoplásticos incluyen métodos de microscopía y espectroscopia. Sin embargo, estos enfoques convencionales requieren equipos costosos y una preparación exhaustiva de las muestras, lo que limita su viabilidad para la monitorización rutinaria.
Un equipo de investigación del Instituto de Ciencias de Tokio (Science Tokyo), en Japón, ha desarrollado ahora un biosensor capaz de detectar rápidamente nanopartículas de poliestireno (PS-NP) en agua dulce. El poliestireno es uno de los materiales plásticos más utilizados tanto en aplicaciones domésticas como industriales, lo que convierte a las PS-NP en un objetivo importante para la detección de nanoplásticos. Al permitir una detección selectiva y sin marcadores en entornos acuosos con una preparación mínima de las muestras, el dispositivo podría mejorar significativamente la evaluación de la calidad del agua, lo que supone un paso importante hacia la detección práctica de nanoplásticos.
El estudio fue dirigido por la profesora asociada Mana Toma, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Facultad de Ingeniería, en colaboración con el profesor adjunto Shuo Cheng, de la Facultad de Medio Ambiente y Sociedad de Japón
«El tamaño extremadamente pequeño de los nanoplásticos hace que sean difíciles de detectar mediante métodos convencionales. Hemos abordado este reto diseñando una plataforma de biosensores que captura selectivamente las partículas de PS-NP en la superficie del sensor y las detecta ópticamente», afirma Toma.
Un biosensor está compuesto por elementos de biorreconocimiento capaces de unirse a objetivos específicos, lo que genera una señal medible. En este caso, un péptido que se une al PS actúa como elemento de reconocimiento. El péptido se inmovilizó sobre una fina película de oro mediante un enlazador de polietilenglicol (PEG), lo que minimiza la unión no específica y mejora la captura selectiva de las PS-NP.
El biosensor funciona mediante la resonancia plasmónica superficial (SPR), una técnica de detección óptica que detecta en tiempo real cambios minúsculos en el índice de refracción de una superficie. En esta configuración, la luz láser se dirige a través de un prisma de vidrio de alto índice de refracción hacia una fina película de oro, lo que excita los plasmones de superficie, que son oscilaciones colectivas de electrones libres en la superficie metálica. Cuando las nanopartículas de PS se unen al sensor, modifican el índice de refracción local cerca de la película de oro, desplazando el ángulo de resonancia. En el presente sistema, este desplazamiento de la SPR inducido por la unión se monitoriza como un cambio en la intensidad de la luz reflejada en un ángulo de incidencia seleccionado. Al comparar estos cambios de intensidad con una curva calibrada de respuesta de la SPR en función de la concentración, el sistema cuantifica las concentraciones de PS-NP en el agua.
Los investigadores probaron el biosensor en agua de laboratorio diseñada para imitar la composición iónica del agua dulce, a la que añadieron nanopartículas de PS en concentraciones conocidas y controlables. En estas muestras, el biosensor propuesto fue capaz de detectar PS-NP de 50 nm en 20 minutos y alcanzó un límite de detección de tan solo 1,3 μg/mL. También validaron la detección en muestras relevantes desde el punto de vista medioambiental utilizando agua de acuario y agua de estanque enriquecida con PS-NP.
«Al simplificar el proceso de detección, este biosensor podría hacer que el seguimiento de los nanoplásticos resultara más accesible que los métodos convencionales, que requieren instrumentos especializados y una preparación exhaustiva de las muestras», afirma Toma.
El uso continuado y la degradación de los plásticos aumentarán inevitablemente la acumulación de nanoplásticos en el medio ambiente. Al simplificar la detección y hacer que el seguimiento sea más práctico, el biosensor propuesto podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo se propagan y se comportan los nanoplásticos, lo que respaldaría los esfuerzos para hacer frente a este creciente desafío medioambiental.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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