El grafeno impreso en aerosol fue presentado como un sensor de toxinas de alimentos de bajo costo y más rápido.

Probaron los sensores en un caldo de pescado para ver cuán efectivos eran en la detección de histaminas

11.06.2020 - Gran Bretaña

Investigadores de los Estados Unidos han desarrollado un sensor electroquímico basado en grafeno capaz de detectar histaminas (alérgenos) y toxinas en los alimentos mucho más rápido que las pruebas de laboratorio estándar.

El equipo utilizó la impresión por chorro de aerosol para crear el sensor. La capacidad de cambiar la geometría del patrón a pedido a través del control del software permitió la rápida creación de prototipos y la optimización eficiente del diseño del sensor.

Comentando los hallazgos, que se publican hoy en la revista IOP Publishing Materials 2D, el autor principal, el profesor Mark Hersam, de la Universidad de Northwestern, dijo: "Desarrollamos una tinta de grafeno imprimible por chorro de aerosol para permitir la exploración eficiente de diferentes diseños de dispositivos, lo cual fue crítico para optimizar la respuesta del sensor".

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Como método de fabricación aditivo que sólo deposita material donde se necesita y, por lo tanto, minimiza los desechos, los sensores impresos por chorro de aerosol son de bajo costo, fáciles de fabricar y portátiles. Esto podría permitir su uso en lugares donde se necesita una vigilancia continua in situ de las muestras de alimentos para determinar y mantener la calidad de los productos, así como otras aplicaciones.

La autora principal, la profesora Carmen Gomes, de la Universidad Estatal de Iowa, dijo: "La impresión por chorro de aerosol fue fundamental para el desarrollo de este sensor. Los nanomateriales de carbono, como el grafeno, tienen propiedades materiales únicas como alta conductividad eléctrica, superficie y biocompatibilidad que pueden mejorar significativamente el rendimiento de los sensores electroquímicos.

"Pero, como los sensores electroquímicos en el campo son típicamente desechables, necesitan materiales que sean susceptibles de fabricación de bajo costo, alto rendimiento y escalables. La impresión en aerosol nos dio esto".

El equipo creó electrodos interdigitados de alta resolución (IDEs) sobre sustratos flexibles, que convirtieron en sensores de histamina al vincular covalentemente anticuerpos monoclonales a las moieties de oxígeno creadas en la superficie del grafeno mediante un proceso de recocido térmico de CO2.

Luego probaron los sensores tanto en una solución tampón (PBS) como en caldo de pescado, para ver cuán efectivos eran en la detección de histaminas.

El coautor Kshama Parate, de la Universidad Estatal de Iowa, dijo: "Encontramos que el biosensor de grafeno podía detectar la histamina en PBS y en el caldo de pescado en rangos toxicológicamente relevantes de 6,25 a 100 partes por millón (ppm) y 6,25 a 200 ppm, respectivamente, con límites de detección similares de 2,52 ppm y 3,41 ppm, respectivamente. Los resultados de estos sensores son significativos, ya que los niveles de histamina superiores a 50 ppm en el pescado pueden causar efectos adversos para la salud, incluidas reacciones alérgicas graves, por ejemplo, intoxicación alimentaria por escombroideos.

"En particular, los sensores también mostraron un rápido tiempo de respuesta de 33 minutos, sin necesidad de pre-etiquetado y pretratamiento de la muestra de pescado. Esto es mucho más rápido que las pruebas de laboratorio equivalentes".

Los investigadores también descubrieron que la sensibilidad del biosensor no se veía afectada significativamente por la adsorción no específica de grandes moléculas de proteínas que se encuentran comúnmente en las muestras de alimentos y que se utilizan como agentes bloqueadores.

El autor principal, el Dr. Jonathan Claussen, de la Universidad Estatal de Iowa, dijo: "Este tipo de biosensor podría utilizarse en instalaciones de procesamiento de alimentos, puertos de importación y exportación, y supermercados donde se necesita una supervisión continua in situ de las muestras de alimentos. Estas pruebas in situ eliminarán la necesidad de enviar muestras de alimentos para su análisis en el laboratorio, lo que requiere pasos de manipulación adicionales, aumenta el tiempo y el costo del análisis de histamina y, por consiguiente, aumenta el riesgo de enfermedades transmitidas por los alimentos y el desperdicio de alimentos".

"También es probable que se pueda utilizar en otras aplicaciones de biosensores en las que se necesite una rápida vigilancia de las moléculas objetivo, ya que el pretratamiento de la muestra se elimina utilizando el protocolo de inmunosensores desarrollado". Además de detectar pequeñas moléculas de alérgenos como la histamina, podría utilizarse para detectar diversos objetivos como células y biomarcadores de proteínas. Al cambiar el anticuerpo inmovilizado en la plataforma del sensor a uno específico para la detección de especies objetivo biológicas adecuadas, el sensor puede atender aún más a aplicaciones específicas. Entre los ejemplos figuran los patógenos alimentarios (Salmonella spp.), las enfermedades humanas mortales (cáncer, VIH) o las enfermedades animales o vegetales (gripe aviar, tristeza de los cítricos)".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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