Un biosensor podría detectar el coronavirus en el aire

El sensor no reemplazará necesariamente las pruebas de laboratorio establecidas, pero podría usarse como un método alternativo para el diagnóstico clínico.

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Un equipo de investigadores de Empa, ETH Zúrich y el Hospital Universitario de Zúrich ha logrado desarrollar un nuevo sensor para detectar el nuevo coronavirus que podría usarse para medir la concentración del virus en el medio ambiente.

Los investigadores generalmente trabajan en la medición, análisis y reducción de contaminantes en el aire, como aerosoles y nanopartículas producidas artificialmente. Sin embargo, el desafío al que se enfrenta actualmente el mundo entero también está cambiando los objetivos y las estrategias en los laboratorios de investigación. El nuevo enfoque: un sensor que puede detectar de forma rápida y confiable el SARS-CoV-2, el nuevo coronavirus.

El sensor no reemplazará necesariamente las pruebas de laboratorio establecidas, pero podría usarse como un método alternativo para el diagnóstico clínico, y más prominentemente para medir la concentración de virus en el aire en tiempo real: por ejemplo, en lugares concurridos como estaciones de tren u hospitales.

El sensor no reemplazará necesariamente las pruebas de laboratorio establecidas, pero podría usarse como un método alternativo para el diagnóstico clínico

Así, los investigadores han desarrollado un método de prueba alternativo en forma de biosensor óptico. El sensor combina dos efectos diferentes para detectar el virus de forma segura y confiable: uno óptico y uno térmico.

El sensor se basa en pequeñas estructuras de oro, llamadas nanoislands de oro, en un sustrato de vidrio. Los receptores de ADN producidos artificialmente que coinciden con secuencias de ARN específicas del SARS-CoV-2 se injertan en las nanoislas. El coronavirus es un denominado virus de ARN: su genoma no consiste en una doble cadena de ADN como en los organismos vivos, sino en una sola cadena de ARN. Por lo tanto, los receptores en el sensor son las secuencias complementarias de las secuencias de ARN únicas del virus, que pueden identificar el virus de manera confiable.

La tecnología que usan los investigadores para la detección se llama LSPR, abreviatura de resonancia de plasmones de superficie localizada. Este es un fenómeno óptico que ocurre en las nanoestructuras metálicas: cuando se excitan, modulan la luz incidente en un rango de longitud de onda específico y crean un campo cercano plasmónico alrededor de la nanoestructura. Cuando las moléculas se unen a la superficie, cambia el índice de refracción local dentro del campo cercano plasmónico excitado. Se puede utilizar un sensor óptico ubicado en la parte posterior del sensor para medir este cambio y así determinar si la muestra contiene las cadenas de ARN en cuestión.

El sensor combina dos efectos diferentes para detectar el virus de forma segura y confiable: uno óptico y uno térmico

Sin embargo, es importante que solo se capturen las cadenas de ARN que coinciden exactamente con el receptor de ADN del sensor. Aquí es donde entra en juego un segundo efecto en el sensor: el efecto fototérmico plasmónico (PPT). Si la misma nanoestructura en el sensor se excita con un láser de cierta longitud de onda, produce calor localizado.

¿Y cómo ayuda eso a la fiabilidad? El genoma del virus consta de una sola cadena de ARN. Si esta cadena encuentra su contraparte complementaria, las dos se combinan para formar una cadena doble, un proceso llamado hibridación. La contraparte, cuando una hebra doble se divide en hebras simples, se llama fusión o desnaturalización. Esto sucede a cierta temperatura, la temperatura de fusión.

Sin embargo, si la temperatura ambiente es mucho más baja que la temperatura de fusión, los hilos que no son complementarios entre sí también pueden conectarse. Esto podría conducir a resultados de prueba falsos. Si la temperatura ambiente es solo ligeramente más baja que la temperatura de fusión, solo pueden unirse hebras complementarias. Y esto es exactamente el resultado del aumento de la temperatura ambiente, que es causada por el efecto PPT.