Biosensores útiles en la detección de contaminantes emergentes

En tierras, en cuerpos de agua y en otros ambientes circulan contaminantes emergentes que representan una amenaza o riesgo tanto para la salud como para el equilibrio ambiental. Entre ellos se encuentran los agroquímicos, los fármacos, las hormonas, las drogas de abuso, productos de cuidado personal o incluso residuos de componentes electrónicos.

Detectarlos a través de un biosensor permitiría diagnosticar y prevenir su presencia en el suelo, el agua e incluso en el aire, además, contar con una manera fácil de detectarlos podría servir para que la población sea consciente del uso de productos de los cuales muchas veces desconoce cuál será su destino final en la naturaleza, así como las consecuencias de su impacto.

Un sensor es un instrumento que permite la detección y cuantificación de un compuesto químico o molécula de interés, así como sus variaciones en parámetros físicos, por ejemplo, su temperatura y viscosidad. Para que sea un biosensor debe incluir entre sus componentes una molécula de naturaleza biológica, por ejemplo, anticuerpos, enzimas, ácidos nucleicos y hasta células enteras.

Para que un biosensor funcione se requieren de tres elementos principales: un agente de reconocimiento, por ejemplo, las biomoléculas, un transductor que reacciona en presencia de la molécula de interés y que genera algún cambio en los parámetros físico-químicos, ópticos o electrónicos y, por último, un detector que permite convertir estos cambios en señales de fácil interpretación.

“El agente de reconocimiento permite unir o acoplar la molécula de interés con el receptor; el transductor hace el trabajo de magnificar o de hacer visible esta respuesta y mediante el detector obtenemos una señal que le puede ayudar a tomar una decisión a la gente que lo opera”, explica el doctor Gonzalo Ramírez García, investigador del Centro de Investigación en Física Aplica y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM.

Identificar el contaminante

Hay diferentes tipos de biosensores, dependiendo de lo que se busque analizar, existen los ópticos, los electroquímicos y los piezoeléctricos, y cada uno de ellos permitiría tener una señal o indicio de que hay un contaminante emergente en la muestra que se esté estudiando.

En el caso de los sensores piezoeléctricos, se detectan variaciones en la masa de la muestra que se traducen en una señal eléctrica; con los sensores electroquímicos se observan variaciones en el potencial Redox, es decir, en la oxidación-reducción de una sustancia.

En el laboratorio del doctor Ramírez García se trabaja mayormente con los ópticos que permiten tener una variación en propiedades derivadas de la interacción con la luz, por ejemplo, en el color o en la intensidad de la emisión. Por lo cual es importante conocer si la luz se refleja o se emite y con ello si existe o no el contaminante en la muestra.

Así, algunos materiales tienen la capacidad de interactuar con la luz de manera más intensa o de inducir un fenómeno, como la fotoluminiscencia. Es decir, existen agentes que apagan la luminiscencia de un material, pero ante la presencia de un contaminante se da una interacción muy intensa que rompe esto y permite que se recupere gradualmente la emisión de la luz, lo cual es señal de que sí existe dicho contaminante.

“Nos enfocamos en hacer nanosensores de respuesta óptica y principalmente luminiscente; usualmente la intensidad de la emisión luminiscente es correlacionada con la concentración del contaminante emergente, y podemos saber si hay concentraciones bajas o altas de éste. Si son señales muy intensas lo podemos ver a simple vista y para mediciones más precisas utilizamos instrumentos más sofisticados”.

De fácil acceso y funcionamiento

En su laboratorio han desarrollado varios bionanosensores para la detección de pesticidas organofosforados como edifenfos o paratión, también para hormonas de plantas, así como para glifosato.

Aclara que para que sea un nanosensor debe incluir entre sus componentes algún material en la escala nanométrica, pues en ella las respuestas suelen ser más intensas, lo cual les permite tener una mejor detección del contaminante.

Han realizado varios bionanosensores en los cuales han aplicado muestras reales, por ejemplo, en lixiviados de un campo agrícola, para analizar fertilizantes; o en muestras de vegetales, como pepinos, limones o de frutas como las fresas, para estudiar la presencia de pesticidas.

La mayor parte de los biosensores desarrollados hasta ahora requieren del contacto directo entre la molécula que se detecta y la estructura del biosensor en sí. Lo que ha favorecido que los medios acuosos sean los más utilizados en esta interacción.

Por ejemplo, en el área médica es muy común el uso de glucómetros en los cuales se coloca una gota de sangre y puede indicar si una persona tiene niveles altos de azúcar en el organismo.

Por lo que el doctor Ramírez García explica que se espera que una vez que se tengan bien identificadas las moléculas de interés de los contaminantes a estudiar se cuente con un instrumento, como el glucómetro, que permita que con una gota de agua de algún campo de cultivo o río cercano a una fábrica o incluso del jugo de un vegetal, por ejemplo, de limón se pueda saber si hay la presencia de un contaminante

“Lo que buscamos es que estos nanosensores sean de fácil acceso, que se puedan producir en gran escala, que sean portátiles, pero también que sean fáciles de operar, es decir, las técnicas actuales requieren de equipos sofisticados y caros que funcionan a nivel laboratorio y con personal altamente capacitado, la idea de hacer nanosensores es que puedan funcionar de manera sencilla, simplemente añadiendo la muestra y que cualquier persona, sin mayor entrenamiento o capacitación, pudiera tener una lectura y tomar una decisión o ejercer una acción”, concluye.