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Científica del INAOE desarrolla biosensor con carburo
de silicio
Por Dalia Patiño González
Tonantzintla, Puebla. 19 de mayo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).Para lograr medir de manera eficaz e inmediata la presencia y grado de
concentración de la bacteria Escherichia coli (E. coli) en alimentos de
importación o exportación, la doctora Claudia Reyes Betanzo, investigadora de
la Coordinación de Electrónica del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y
Electrónica (INAOE), desarrolla desde hace tres años un biosensor a partir del
carburo de silicio (SiC).
Para efectuar un control sanitario en los alimentos que ingresan o salen del
país, generalmente se toman muestras para realizar análisis microbianos, lo
que implica que los resultados puedan demorarse días. Este dispositivo busca
reducir tiempos al determinar la presencia de la bacteria E. coli en el momento
en que se toma la muestra y establecer así los valores de contaminación que
pueda presentar el producto, apegándose a los protocolos y certificaciones
establecidos.
La bacteria E. coli se encuentra comúnmente en el sistema digestivo de los
seres humanos y algunos animales. Su presencia dentro del organismo
humano, específicamente en el intestino, es frecuente, representando uno por
ciento de la población microbiana normal del intestino; sin embargo, existen
cepas de la E. coli que son patógenas y tienen la capacidad de provocar en el
hombre padecimientos estomacales o fuertes diarreas, incluso con sangrado,
en los casos más severos.
Dispositivo basado en carburo de silicio
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, la doctora Reyes Betanzo
detalló que el carburo de silicio es un material muy versátil que por sus
características químicas, físicas y mecánicas permite usarse en diferentes
aplicaciones, una de ellas como biosensor.
En 2014, a partir de esta idea, estructuraron un proyecto para solicitar apoyo
al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) a través del programa de
Investigación Básica, obteniendo el financiamiento para adquirir un analizador
de impedancias que permitiera medir las características eléctricas del
biosensor y brindara información del comportamiento del dispositivo con la
presencia de esta bacteria.
Este proyecto cuenta con la colaboración que mantiene la doctora Reyes
Betanzo con el Centro de Investigación en Biotecnología Avanzada (CIBA), del
Instituto Politécnico Nacional (IPN) en Tlaxcala, específicamente con el doctor
Abdu Orduña Díaz.
Para garantizar la detección de la bacteria, la doctora Claudia Reyes Betanzo
explicó que este dispositivo requiere ser biofuncionalizado, en este caso, la
superficie del carburo de silicio, a fin de que atrape únicamente las bacterias
de E. coli; sin embargo, no descartó la posibilidad de que en un futuro se
biofuncionalice de tal manera que permita la detección de otros
microorganismos para que el biosensor pueda hacer esa diferenciación.
El biosensor y la biofuncionalización del SiC
El biosensor está fabricado de una película de carburo de silicio depositada
sobre una oblea de silicio, previamente oxidada mediante la técnica de
depósito químico en fase de vapor asistido por plasma (PECVD, por sus siglas
en inglés) y sobre esta se deposita una película de titanio mediante
evaporación. Posteriormente se definen los electrodos interdigitados en el
titanio mediante técnicas de fotolitografía y grabado. Así, después de la
fabricación del biosensor, se realiza la etapa de biofuncionalización de la
superficie expuesta del carburo de silicio para la captura de bacterias E. coli.
Entre las fases de biofuncionalización, la doctora Reyes Betanzo explicó que es
necesario seguir un procedimiento que consta de cinco etapas:
1) Hidroxilación
2) Silanización
3) Formación de grupos aldehídos
4) Enlace de proteína
5) Inmovilización de anticuerpos
“Una vez realizadas estas fases, la superficie está lista para capturar las
bacterias. Con nuestro biosensor, nosotros medimos el cambio de impedancia
en función de la frecuencia, leemos los cambios de esta respuesta con la
presencia de la bacteria en el biosensor”, añadió la doctora.
El prototipo avanza
La doctora Reyes Betanzo, quien también se desempeña como jefa del
laboratorio LI-MEMS en el INAOE, aseguró que el prototipo del biosensor ya
está fabricado e incluso se han hecho algunas modificaciones para optimizar
su funcionamiento.
“Estamos en etapas avanzadas; el biosensor como tal mide cuatro por cuatro
milímetros y sí, lo probamos y detecta la bacteria E. coli. Ahora lo que
queremos hacer es poderlo encapsular, porque la idea es que sea un
dispositivo portátil, y para eso una estudiante de doctorado ya está trabajando
en la interfaz electrónica, bajo la asesoría del doctor Guillermo Espinosa
Flores”.
Sobre las muestras que son utilizadas para llevar a cabo este proyecto, la
doctora Reyes Betanzo concluye que por ahora solo han probado el dispositivo
en soluciones líquidas preparadas con bacterias en concentraciones que van
de 10 a 1015 CFU/ml, pero una vez que se optimice se aplicará con alimentos
sólidos, además de que trabajan para que en el futuro el biosensor también
pueda ser utilizado en personas, a través de muestras de orina que permitan
hacer la detección de esta bacteria en el organismo humano.
Más sobre la bacteria E. coli
La E. coli es casi exclusivamente de origen fecal y se transmite a través de la
contaminación fecal de los alimentos y del agua, así como también a través de
la contaminación cruzada o por contacto humano.
Los alimentos se pueden contaminar de la E. coli patógena de manera directa
o durante el crecimiento y cultivo (hortalizas), recolección (leche) o faenado
(carne), o bien en la transportación, elaboración y manipulación no higiénica
de alimentos, además de un inadecuado manejo de procesamiento como
temperatura de cocción, valor del pH y almacenamiento a altas temperaturas
que permiten el crecimiento de estas bacterias.
Entre los ejemplos de alimentos contaminados se encuentran: carne
cruda/mal elaborada (carne fermentada, carne molida mal cocida, etcétera),
productos lácteos no pasteurizados (queso, leche, etcétera), jugos de frutas no
pasteurizados y hortalizas crudas (semillas germinadas, lechuga, espinaca,
melones, hongos, entre otros alimentos.
Contacto
Dra. Claudia Reyes Betanzo
Jefa del laboratorio LI-MEMS, INAOE
Luis Enrique Erro # 1, Santa María Tonantzintla, 72840 Puebla, Pue.
(01 222) 266 3100
[email protected]