Sensor de nanofibra detecta al instante diabetes o cáncer de pulmón en el aliento
Se espera que este tipo de sensores para diagnóstico médico sea incorporado en smartphones y tricorders.
Más información sobre esta investigación la encuentras en el número de reciente aparición de Advanced Functional Materials (crédito: Wiley)
Investigadores del Instituto Corea de Ciencia y Tecnología Avanzadas (KAIST) han desarrollado un sensor altamente sensible al aliento utilizando fibras delgadas de dióxido de estaño ensambladas a partir de nanotubos finos y rugosos de SnO2.
Estos sensores basados en nanofibras de óxido de metal permiten realizar pruebas de aliento en tiempo real con dispositivos portátiles que podrían estar disponibles pronto en smartphones o tabletas.
Estos sensores permiten el diagnóstico de enfermedades serias como la diabetes y cáncer de pulmón de manera rápida y efectiva utilizando sólo el aliento que penetra en un sensor colocado ya sea en un teléfono o cualquier otro dispositivo.
Las fibras de SnO2 son generadas entre polímeros y materiales disueltos mientras varía el flujo de una solución elescrospinning y la posterior aplicación de un tratamiento de calor.
El cambio da como resultado nanofibras en forma de cilindros abiertos. Dentro del cilindro, se colocan capas delgadas de nanotubos SnO2 y luego se enrollan.
Una cantidad de poros alargados que van desde 10 nanómetros (nm) hasta 500 nm en longitud en la dirección de la fibra se forman en la superficie de las fibras SnO2, permitiendo a las moléculas de gas exhalado penetrar las fibras.
Las paredes internas y externas de los tubos de SnO2 están recubiertas con nanopartículas de platino catalítico.
De acuerdo al equipo de investigación, las altamente porosas fibras de SnO2 sintetizadas utilizando electrospinning a muy alta velocidad de flujo mostraron una respuesta al acetona cinco veces mayor que las de nanofibras SnO2 creadas a una velocidad de flujo baja.
El análisis del aliento percibe compuestos orgánicos volátiles específicos (VOC) producidos en el cuerpo humano como señal de enfermedades particulares. Biomarcadores distintos predicen determinado tipo de enfermedades —acetona para diabetes, tolueno para cáncer de pulmón y amoníaco para mal funcionamiento del riñón.
El análisis del aliento para evaluación médica ha llamado mucho la atención ya que es un procedimiento no invasivo en comparación con el resto de técnicas para exámenes médicos, y además rápido, conveniente, amigable con el medio ambiente ya que casi no deja residuos peligrosos en su uso.
Varias técnicas sensibles a gas han sido adoptadas para analizar VOCs incluyendo la Cromatografía de gases espectrometría de masas (GC/MS), pero estas técnicas son difíciles de incorporar en dispositivos portátiles sensibles a gas ya que el equipo de medición es costoso y grande, y su operación es más compleja.
Sensores de gas químico-resistivos basados en óxido de metal, sin embargo, ofrecen gran usabilidad para sensores de aliento portátiles en tiempo real, de acuerdo con Il-Doo Kim, profesor asociado en KAIST.
“Nanofibras de óxido de metal cargadas con catalizador sintetizadas por medio de electospinning tiene un gran potencial para aplicaciones futuras en sensores detectoras de aliento”, dijo.
“A partir de nuestra investigación, obtuvimos el resultado que fibras recubiertas con SnO2 pueden identificar con prontitud y exactitud ya sea acetona o tolueno en concentraciones muy bajas –menos de 100 partes en mil millones (ppb)”.
Esa nivel muy alto de detección del acetona debajo de 1ppm, en la presencia de otros gases exhalados (y también en las condiciones de ambiente húmedo del aliento) es importante para un diagnóstico exacto de la diabetes.
“Un trazo de concentración de tolueno (30 ppb) en la exhalación se cataloga como síntoma temprano de cáncer de pulmón, mismo síntoma que pudimos detectar con nuestro dispositivo de prueba”, dijo.
El equipo de investigación está ya desarrollando un grupo de sensores de aliento utilizando distintos catalizadores y una cantidad de fibras semiconductoras de óxido de metal, que ofrecerán a los pacientes diagnóstico fácil y confiable de enfermedades en tiempo real.
“Ya realizamos pruebas con pacientes de diabetes una vez y vamos a realizar pruebas clínicas mayores en un hospital de Corea dentro de un par de meses”, dijo Kim.
“La tecnología de sensores es compatible con varios tipos de smartphones, gadgets portátiles y dispositivos médicos”, añadió. “Creemos que podemos incorporarlo de muchas maneras en distintos campos de la industria, no sólo en la industria médica, por ejemplo, detección de químicos peligrosos o fábricas de distintos gases”.
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