Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han conseguido detectar antígenos (biomoléculas que forman parte de bacterias, virus y otros microorganismos) utilizando como elemento sensor un anillo óptico.
Dentro del proyecto europeo SABIO (Ultrahigh sensitivity Slot-wAveguide BIOsensor on a highly integrated chip for simultaneous diagnosis of multiple diseases) investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en colaboración con la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) han demostrado la capacidad de un sensor óptico en forma de anillo para detectar enfermedades infecciosas, tales como hepatitis B.
El anillo sensor tiene un radio de 70 micras (1 metro = 1.000.000 micras) y está formado por un hilo fotónico de espesor nanométrico (1 metro = 1.000.000.000 nanómetros) en el que la luz es guiada y confinada. La luz atrapada en el anillo es extremadamente sensible a pequeñas perturbaciones que ocurran sobre su superficie, como, por ejemplo, la presencia de biomoléculas, cuyo tamaño típico es de unos 10 nanómetros.
Esta característica es utilizada para detectar la presencia de moléculas tales como antígenos (biomoléculas constituyentes de microorganismos patógenos) y anticuerpos (biomoléculas generadas por el sistema inmunológico para neutralizar los antígenos) sobre la superficie del sensor.
Para demostrar la capacidad del anillo óptico en el reconocimiento de antígenos, los investigadores realizaron experimentos basados en reacciones de afinidad antígeno-anticuerpo (inmunoensayos). Primero, la superficie del sensor fue tapizada con anticuerpos tipo anti-BSA (Albúmina de Suero Bovino). A continuación, sucesivas disoluciones con distintas concentraciones de antígeno BSA se depositaron sobre el sensor. Los científicos observaron cómo la respuesta óptica del sensor variaba en función del número de antígenos presentes en la disolución, demostrando la viabilidad del mismo para detectar y cuantificar la presencia de microorganismos patógenos en disolución.
El pequeño tamaño del anillo sensor permite la integración de numerosos dispositivos en un único chip. De este modo, es posible la detección simultánea de varias enfermedades utilizando un solo biochip.
Por otro lado, el sensor está fabricado en silicio, material utilizado en la industria microelectrónica, y hace uso de componentes habituales de los sistemas de comunicaciones ópticas. Estas dos circunstancias permiten aprovechar las tecnologías de estos sectores altamente desarrollados para producir biochips en masa y a bajo precio.
Los experimentos(1), liderados por el investigador Carlos Angulo Barrios (investigador principal del proyecto SABIO en la UPM) del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM-UPM), fueron realizados en colaboración con investigadores del Departamento de Química de la UPV.
El anillo fotónico descrito puede ser utilizado para otras aplicaciones nano-optofluídicas. La Nano-optofluídica es la disciplina científica que estudia la interacción entre la luz y los fluidos a escala nanométrica. En otro trabajo reciente(2), estos mismos investigadores de la UPM han utilizado el anillo fotónico para atrapar simultáneamente luz y líquidos orgánicos en nanocavidades con el fin de crear dispositivos fotónicos reconfigurables mediante la adhesión de líquidos. Entre las distintas aplicaciones de esta investigación se encuentran: el control de procesos a escala nanométrica, la emisión, detección y conmutación óptica, memorias optofluídicas, y el estudio del comportamiento de líquidos confinados en nanointersticios.
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(1) Optics Letters 33 (7): 708-710 Apr 1 2008. “Label-free optical biosensing with slot-waveguides”. Angulo Barrios, Carlos; Banuls, María José; González-Pedro, Victoria; Gylfason, Kristinn B.; Sánchez, Benito; Griol, Amadeu; Maquieira, A.; Sohlstrom, H.; Holgado, M.; Casquel, R.
(2) Applied Physics Letters 93 (20): Art. No. 203114 Nov 17 2008. “Reconfiguration of microring resonators by liquid adhesion”. Angulo Barrios, C.; Holgado, M.; Guarneros, O.; Gylfason, K. B.; Sánchez, B.; Casquel, R.; Sohlstrom, H.
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