Biosensores ópticos para la determinación de toxicidad en muestras de agua.

Parte del corazon del biosensor. A la derecha, el depósito donde se ubica la solución con las bacterias. A través de la disolución pasa un haz de luz LED (en azul, a la izquierda). La longitud de onda del haz de luz y su variación es lo que revela si el metabolismo de los microorganismos se han visto afectados por la toxicidad de la muestra

Científicos del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) trabajan en el desarrollo de biosensores para el control de la toxicidad general del agua. Permitirán saber, en cuestión de minutos, si el agua se puede beber o si se deben tomar decisiones rápidas para evitar desastres ambientales.
El control de los contaminantes y patógenos en el agua normalmente requiere tomar muestras y llevarlas a laboratorio. Esto supone tiempo, y no es una buena estrategia si lo que se necesita es saber, en el mismo momento, si el agua se puede beber o si se deben tomar decisiones rápidas para evitar desastres ambientales
En los últimos años se han empezado a desarrollar sistemas portátiles que permiten el análisis en el mismo lugar y en poco tiempo, pero no siempre cubren todos los contaminantes. O bien, otro posible problema, requieren instrumentos portátiles económicamente costosos o relativamente voluminosos y pesados.
Una forma de abordar este reto son los biosensores. En el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) trabajan en esta línea desde hace tiempo y lo han abordado de una forma ingeniosa.

Los biosensores incorporan alguna molécula u organismo, la reacción del que revela la presencia de lo que se quiere detectar. En este caso, los investigadores del IMB-CNM trabajan con bacterias que son de la misma familia que los que están presentes en el sistema digestivo humano. Si la muestra es tóxica para las bacterias del sensor, también lo será para los de nuestra flora intestinal y, también, para nosotros.

Uno de los primeros desarrollos de esta idea es un bioensayo de papel para evaluar la toxicidad del agua, hecho en colaboración con la Universidad Autónoma de Barcelona y para el que los investigadores han solicitado la patente. El bioensayo detecta cualquier contaminante que sea tóxico para los microorganismos -después de unos 15-30 minutos de contacto con las células-, tales como metales pesados e hidrocarburos como el petróleo o el benceno. El papel cambia de color en función de la intensidad del metabolismo celular de las bacterias de manera inversamente proporcional a la toxicidad de la muestra: cuanto más cambio de color se produce menor es la contaminación detectada. Este cambio puede ser medido mediante técnicas ópticas, de análisis de imagen o a simple vista.

Ahora, los investigadores del IMB-CNM trabajan para transformar la misma idea en un biosensor óptico que pueda ser más preciso y cuantificar el resultado. Los investigadores ya han desarrollado un primer prototipo de este biosensor. Aquí, el biosensor está basado en una solución que incorpora las bacterias, un reactivo que dará el cambio de color en función de la respuesta de las bacterias, una lámpara LED y un fotodetector, todo controlado mediante una unidad de control, desarrollada por los mismos investigadores, y que permite medir en cualquier lugar sin interferencia de la luz ambiental.

La muestra se introduce en la solución con las bacterias. En función de la reacción de las bacterias se dará un cambio de color en la solución, lo que su vez afecta a la longitud de onda de la luz, emitida por el LED, y que pasa a través de ella (ya que parte de la luz será absorbida por el color de la disolución) y, a su vez, el fotodetector cuantificará el cambio en la longitud de onda del rayo de luz.
Xavier Muñoz, investigador del IMB-CNM explica que el biosensor óptico detecta la toxicidad general del agua: "Lo interesante es que permite averiguar si la sinergia de los compuestos presentes es tóxica, lo que no siempre se sabe. A veces, diferentes tóxicos, que independientemente no serían dañinos, juntos interaccionan y son tóxicos ".

Así, detecta cualquier cosa que inhiba las bacterias, sea lo que sea: desde agentes químicos, hasta virus, antibióticos, bacterias patógenas... si la sinergia de los compuestos es nociva para las bacterias, el biosensor lo detectará. Esto es interesante cuando se trata de monitorizar agua en los ríos, lagos o en depuradoras, cuando se trata de dar una respuesta rápida y saber si el agua es apta para el consumo o no.

El primer prototipo incorpora baterías, que lo hace un poco más voluminoso, pero la idea es que el dispositivo final no sea mayor que una caja de tabaco. Los primeros resultados, publicados en la revista Sensores and Actuators B: Chemical, han sido bastante prometedores. "Con el prototipo hemos podido valorar la toxicidad de muestras de aguas de forma cuantitativa y en menos de 10 minutos", dice Muñoz.

Este grupo de investigación es especialista en el desarrollo de sensores ópticos y electroquímicos, y en su producción para empresas pequeñas y medianas. La tecnología que usan en algunos de sus sensores, como los ISFET, explica Muñoz, es compleja y no cualquier fabricante de chips podría implementarla. El IMB-CNM dispone en sus instalaciones de una Sala Blanca que permite producir chips y microdispositivos para pequeñas y medianas empresas en cantidades de miles de unidades.


FUENTE: www.dicat.csic.es