Un Smartphone “pirateado” ayuda a investigadores a detectar pesticidas

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Este nuevo sistema podría usarse para encontrar drogas, contaminantes y bacterias

Por Lucy Goodchild van Hilten

Es difícil creer que hace apenas unas décadas, un smartphone era simplemente una idea. Lo que una vez parecía tecnología imposible, ha transformada la forma en la que nos comunicamos e intercambiamos información para siempre. Es la conexión de estas ideas fuera de lo común lo que eleva el conocimiento de actos aislados a innovaciones que cambian el mundo. Tanto si estás explorando hipótesis fuera de lo común, diseñando un producto insólito o explotando un nicho de mercado desconocido, nuestra misión es apoyarte en ese camino.

El prototipo del sistema de detección, basado en un Smartphone (foto cortesía del Profesor Mei et al; las imágenes previamente se publicaron en su artículo publicado en la revista “Biosensors and Bioelectronics”)

Si se cogen dos elementos que habitualmente tenemos en casa (un papel y un teléfono) y, ¿qué obtenemos? Para un grupo de expertos de China y Singapur, un dispositivo reutilizable para la detección de pesticidas de forma inmediata.

La detección de moléculas como pesticidas en la alimentos o contaminantes en el agua que bebemos pueden ser costosas y llevar mucho tiempo, implicando además un equipo grande. Por ello, la detección de drogas, contaminantes, bacterias y proteínas en muestras se realiza en laboratorio. Pero a medida que el cuidado de la salud se mueve del hospital al hogar y el paciente necesita acceder a un diagnóstico rápido in situ, los sistemas de detección han de ser más fáciles de transportar.

Para lograr el desafío, investigadores de la Hefei University of Technology de China y la National University de Singapur, han desarrollado sensores de papel que pueden ser analizados por un programa de Android en un smartphone, un dispositivo de bolsillo que puede detectar agentes químicos como pesticidas, de forma rápida y con bajo coste. Su estudio publicado en la revista de Elsevier Biosensors and Bioelectronics


Midiendo el impacto de un campo en expansión

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Tecnología de consumo pirateada

Según la compañía de telecomunicaciones Ericsson, estiman que en 2020 habrá más de 6.000 millones de smartphones, casi uno por cada persona del planeta. La tecnología de los smartphones es portátil, accesible y relativamente económica, por lo que los investigadores han decidido explotar esto para crear su sistema de detección.

“Dado que los detectores normalmente son grandes, era importante que pudiéramos desarrollar algo pequeño, pero lo suficientemente potente como para detectar pequeñas concentraciones de pesticidas”, explica uno de los autores del estudio, el Dr. Qingsong Mei, Profesor Asociado de la facultad de Ingeniería Médica de la Hefei University of Technology de China.

Para confeccionar el detector, los investigadores tuvieron que desarrollar tres componentes: nanopartículas para detectar el pesticida y emitir una señal fluorescente en un papel, una pieza impresa en 3D de un smartphone sujeta a un pequeño láser, a un filtro óptico y a una pequeña cavidad, y una pieza de software que funciona en Android.

Qingsong Mei, PhD

Las nanopartículas (llamadas nanocristales semiconductores), van acompañadas de iones de cobre y fijados al papel. Se pone una muestra en el papel, y moléculas de pesticida fijadas a los iones de cobre en las nanopartículas. El dispositivo emite una luz en el papel y, usando el software, el smartphone hace una lectura de la luz fluorescente emitida de las nanopartículas.

La luz fluorescente difiere según la cantidad de pesticida presente en la muestra, por lo que el software puede trasladar esa señal en una concentración de pesticida concreta. El sistema muestra una lectura fiable y precisa, leyendo concentraciones por debajo de 0.1 μM.

“Este es uno de los primeros sistemas prototípicos que integra un sensor de papel como este con un smartphone, que puede reutilizarse, e implica por tanto menos costes”, comenta el Dr. Bing Nan Li, uno de los autores del artículo y Profesor de Ingeniería Biomecánica en la Hefei University of Technology. “El smartphone, supone una ventaja en términos de portabilidad, accesibilidad, programabilidad, fácil uso y bajo coste. Proporciona oportunidades revolucionarias a la comunidad investigadora”.

Bing Nan Li, PhD

Detección de pesticidas

A medida que se esclarece la influencia que los pesticidas tienen en el declive de poblaciones polinizadoras y sus consecuentes efectos en la salud, se hace aún más relevante poder detectarlos en el medio ambiente y en los alimentos. Normalmente, los equipos para detectar pesticidas y otros químicos son demasiado grandes, caros y lentos, haciendo que la detección insitu sea todo un reto.

Los detectores pequeños han sido desarrollados usando papel a modo de sensor, pero no producen señales con la suficiente potencia para la detección. Los investigadores probaron el sistema de detección basado en smartphone con el pesticida thiram, un antifúngico químico ampliamente usado en los cultivos de soja.

“Estamos muy emocionados al ver cómo funciona este nuevo sistema de detección a la hora de identificar el thiram, y pensamos que podemos mejorarlo con el fin de detectar más moléculas en una misma muestra”, defiende el Prof. Yong Zhang, autor del estudio y Profesor de Ingeniería Bioquímica en la National University de Singapur.

Yong Zhang, PhD

Aunque se ha probado en moléculas de pesticida, este sistema puede usarse para detectar cualquier molécula, incluyendo medicamentos, proteínas y anticuerpos. Para la medicina, campo en el cual los cuidados se están trasladando cada vez más del hospital al hogar del paciente, el uso de sistemas pequeños y baratos es vital.

Los investigadores están desarrollando kits que pueden detectar diferentes moléculas. “Estamos trabajando en un sistema útil para una aplicación real”, dice el Prof. Zhang. “Queremos usar la tecnología para detectar múltiples moléculas al mismo tiempo (detección múltiple). De esta forma podremos, por ejemplo, comprobar la calidad de los alimentos que ingerimos cada día”.

El estudio

Elsevier ha desarrollado el siguiente artículo, disponible de forma libre hasta el 31 de diciembre de 2016:

Qingsong Mei et al: “Smartphone based visual and quantitative Assays on upconversional paper sensor”, publicado en la revista Biosensors and Bioelectronics (enero 2016).

Biosensors and Bioelectronics es la principal revista internacional dedicada a la investigación, el diseño, el desarrollo y la aplicación de biosensores y bioelectrónica. Es una revista interdisciplinar, que proporciona información a los profesionales sobre la explotación de materiales biológicos y diseños de dispositivos de diagnósticos y electrónicos incluyendo sensores, chips de ADN, narices electrónicas, lab-on-a-chip y μ-TAS.

Los autores

Qingsong Mei obtuvo el doctorado de la University of Science and Technology de China en 2012 y se unió al Institute of Intelligent Machines, de la Academia China de Ciencias, como profesor asistente desde 2012 hasta 2014. Actualmente es profesor asociado de la Hefei University of Technology de China. Sus investigaciones se centran en el diseño y desarrollo de nanosondas avanzadas con aplicaciones en quimioterapia, biodiagnóstico y bioimagen.

Bing Nan Lobtuvo su licenciatura en ingeniería bioquímica den la Southeast University de Nanjing, China, en el año 2001, su primer doctorado en ingeniería electrónica de la University of Macau en 2009, y su segundo doctorado en bioingeniería de la National University de Singapur en 2011. Actualmente es profesor de ingeniería biomédica enn la Hefei University of Technology de China, en la cual es jefe del departamento y director del Center for Magnetic Resonance Imaging x (MRIX). Ha publicado más de 50 artículos y posee más de 10 patentes. Su principal investigación se basa en healthonics, imagen médica funcional e informática. El Prof. Li es miembro senior del Institute of Electrical and Electronic Engineering (IEEE, EEUU) y miembro senior del Institute of Electronics (CIE, China). Forma parte del comité editorial de la revista de Elsevier Computers in Biology and Medicine , de Heliyon y de Informatics in Medicina Unlocked.

El Dr. Yong Zhang es profesor y ex jefe de investigación del departamento de ingeniería biomñedica de la National University de Singapur (NUS) y miembro senior del NUS Nanoscore Research Institute y del NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering (NGS). SU actual investigación se centra en nano-bio-fotónicos, nanomedicina, micro dispositivos biomédicos e ingeniería tisular.


Colaborador de Elsevier

Tras varios intentos, Lucy Goodchild van Hilten descubrió que era mucho mejor escritora que científica. Tras obtener el título en Historia de la Ciencia, Medicina y Tecnología en el Imperial College London, se convirtió en editora asistente en Microbiology Today. Tras su tiempo en el gabinete de prensa del Imperial donde sus historias salieron en primera página, se mudó a Amsterdam para trabajar en Elsevier como Senior Marketing Communication Manager para Life Sciences. Actualmente es escritora freelance en Tell Lucy. Su cuenta de Twitter es @LucyGoodchild.

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