Nuevo Material Biomimético para Nanosensores

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Investigadores españoles han creado un material biomimético capaz de ser modelado a escala nanométrica, lo que aumenta su sensibilidad, selectividad y velocidad de detección de sustancias químicas. El método de fabricación desarrollado ha sido protegido mediante patente. 

Científicos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad Complutense (UCM), en el marco del Campus de Excelencia Internacional Campus Moncloa (CEI Moncloa), han desarrollado un material biomimético con un interesante potencial comercial.

El material es capaz de ser modelado a escala nanométrica, lo que aumenta su sensibilidad, selectividad y velocidad de detección de sustancias químicas. Estas nuevas características permiten fabricar mediante litografía por haz de electrones, múltiples sensores químicos de dimensiones nanométricas (1 nanómetro= 0,000001 mm) sobre un mismo sustrato, lo que abre la puerta a la realización de biochipsmultifuncionales de gran versatilidad.

El nuevo modelo está compuesto por un polímero lineal entrecruzable cuya estructura molecular se ve alterada al ser bombardeado con electrones. De este modo, es posible utilizar un haz de electrones de un espesor de unos cuantos nanómetros, como si de un lápiz de punta ultrafina se tratara, para escribir un patrón cualquiera sobre una película de este material adherida a un substrato.

Tras la escritura (litografía), la película se sumerge en un revelador líquido que disuelve la parte de película irradiada con el haz, dejando el patrón (no irradiado) intacto sobre el substrato.  

Además, el material se comporta como un polímero de impronta molecular o MIP (molecularly imprinted polymer), es decir, es capaz de reconocer una molécula o compuesto concreto tras un proceso de impresión a nivel molecular.

Los MIPs son materiales sintéticos con la misma funcionalidad que ciertas moléculas biológicas –como antígenos y anticuerpos– utilizadas como receptores para la detección de ciertas moléculas; de ahí que los MIPs se consideren materiales biomiméticos.

Las principales ventajas de los MIPs sobre los receptores biológicos son una mayor resistencia a agentes químicos y a temperaturas extremas, menor coste y la posibilidad de crear receptores químicos sintéticos que no existen en la naturaleza.

Hasta la fecha, los métodos utilizados para grabar películas de MIPs con el fin de fabricar sensores se han basado en técnicas de estampación y fotolitografía.

El nuevo modelo está compuesto por un polímero lineal entrecruzable cuya estructura molecular se ve alterada al ser bombardeado con electrones

El método de estampación tiene el serio inconveniente de la posible contaminación de la superficie de las películas de MIP que están en contacto con los moldes de impresión, mientras que la técnica de fotolitografía no es adecuada para crear motivos nanométricos. El nuevo material puede ser grabado a escala nanométrica sin necesidad de molde o máscara alguna.    

Fabricación patentada

Los investigadores de la UPM y la UCM han fabricado patrones nanométricos de este material sobre substratos de silicio utilizando un haz de electrones y demostrado la funcionalidad del material como MIP. El material es capaz de reconocer la presencia de la molécula Rodamina 123, molécula fluorescente utilizada como analito modelo, con gran sensibilidad y selectividad sobre otras rodaminas.

La metodología utilizada en el desarrollo de este material puede ser aplicada a la síntesis de otros materiales susceptibles de ser grabados mediante haz de electrones y capaces de detectar sustancias de interés en toxicología y biomedicina.   

La fabricación de estructuras nanométricas de materiales sensores como el creado tiene una doble finalidad. Por un lado, aumenta la interacción del sensor con el medio en el que se encuentra el analito a detectar, incrementándose así la sensibilidad y velocidad de detección. Por otro lado, el pequeño tamaño de las estructuras sensoras permite integrar múltiples elementos en un mismo chip o substrato, disminuyendo costes y aumentando la fiabilidad y funcionalidad de los ensayos.

El método de fabricación desarrollado ha sido protegido mediante patente.

Este trabajo ha sido financiado por el anterior Ministerio de Ciencia e Innovación dentro del marco de un proyecto EXPLORA, cuyo investigador principal ha sido Carlos Angulo Barrios del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) de la UPM.