Diseñan biosensor para detectar pesticidas

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California. 5 de abril de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Un biosensor con capacidad de detectar pesticidas en medios acuosos y desde muy bajas concentraciones es diseñado por especialistas del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), campus Ensenada.

El instrumento está perfilado para utilizarse en zonas agrícolas, donde el uso de pesticidas pone en riesgo los pozos desde los cuales se extrae agua para el riego y por ello es necesario garantizar que están libres de tóxicos.

El proyecto reúne a un equipo interdisciplinario de investigadores y estudiantes del Cnyn que se encargan del desarrollo a nivel de ciencia básica con simulaciones moleculares por computadora, el trabajo posterior en laboratorio y la parte electrónica para la construcción de un dispositivo portátil con potencial para ser comercializado.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Sergio Andrés Águila Puentes, investigador del Cnyn, precisó que la ventaja de contar con un biosensor que detecta pesticidas en concentraciones muy bajas es que puede ser utilizado como herramienta preventiva.

“A medida que los pesticidas se difunden en el suelo por medio de percolación, se van contaminando los mantos acuíferos, la idea es que si estamos observando el aumento de los niveles de concentración de un contaminante en el medio acuoso, se puede tomar una decisión rápida y prevenir los daños”, resaltó.

¿Cómo funciona el biosensor?

Águila Puentes explicó que el biosensor está conformado por enzimas inmovilizadas en materiales nanoestructurados que son catalizadores biológicos que al entrar en contacto con el químico catalizan su oxidación.

“Entonces lo que hacemos es medir la presencia y concentración del pesticida, a través de la oxidación del pesticida catalizada por enzimas inmovilizadas en un electrodo que al momento de transformarlo se liberan electrones que son captados y después transformados a una señal digital; esta señal está directamente relacionada con la concentración del pesticida en el medio acuoso”, detalló.

Águila Puentes apuntó que la enzima actuará específicamente sobre un componente, en este caso el pesticida, y no con todos los compuestos que están presentes en el medio, ya que una de las ventajas que ofrecen las enzimas es que son altamente específicas.

De la teoría al laboratorio

Antes de entrar al laboratorio, alumnos e investigadores estudian la teoría en torno a la orientación que tendrá la enzima en los materiales nanoestructurados que utilizarán y que funcionan como soporte del electrodo para poder medir directamente en el agua.

Águila Puentes hizo énfasis en el rol que cumplen los materiales para establecer el modelo biológico y lograr que la detección sea más sensible, lo que implica un trabajo previo de cálculos matemáticos por computadora.

“Cuando vemos cómo interacciona la enzima con el sustrato, tratamos de mejorar esa interacción a través de la inmovilización de la enzima en materiales nanoestructurados y luego hacemos la detección por medio de estos materiales híbridos”, refirió.

Una vez realizados los estudios teóricos, entonces es posible pasar al laboratorio, donde los equipos de voltamperometría cíclica son los más comúnmente utilizados para medir la señal electroquímica que se transforma en una señal digital.

“Cuando hay una reacción química, por ejemplo del tipo oxidorreducción, existe la liberación de electrones en el medio que pueden ser captados por un potenciostato y luego ser transformados en una señal digital. Una vez obtenida esta señal, se puede analizar la presencia y cuantificación de la concentración del compuesto estudiado”, señaló el investigador.

Diseño electrónico

Para medir las reacciones electroquímicas del biosensor, los investigadores del Cnyn utilizan un potenciostato, un instrumento que mide la corriente que está llegando al sensor y por cada punto de voltaje hay un equivalente de corriente que va registrando.

El doctor Eduardo Antonio Murillo Bracamontes, técnico académico del Cnyn y colaborador del proyecto, expuso que su trabajo es lograr que ese mismo proceso se lleve a cabo en un dispositivo electrónico portátil que pueda ser utilizado para hacer mediciones fuera del laboratorio.

Para ello trabaja en el diseño del circuito, que va desde la parte analógica que contempla inyectar el voltaje y medir la corriente, hasta la parte digital, es decir, que el dispositivo cuente con un procesador que almacene la información y después transmita los datos a una computadora mediante comunicación USB.

Murillo Bracamontes informó que hasta ahora se cuenta con las pruebas con el potenciostato y el diseño del circuito a nivel prototipo, por lo que el siguiente paso es obtener el sistema en impreso e integrar una pantalla LCD para que muestre la información.

“Ahora tenemos probado el circuito pero los datos los vemos en la computadora directamente, falta la versión final, que va a estar todo incluido, en esa parte de la electrónica tenemos 70 por ciento de avance”, comentó.

Dispositivo amigable

El dispositivo electrónico que transmitirá las funciones del biosensor está diseñado con base en dispositivos que ya son accesibles en el mercado, lo que disminuye sus costos ante la posibilidad de que sea comercializado.

Murillo Bracamontes precisó que el dispositivo se basa en un microcontrolador, una pantalla y una memoria que pueden ser adquiridos fácilmente, lo que haría más sencilla la transferencia de la tecnología a una empresa.

“Todo lo que se está haciendo es pensando para que sea portátil, de fácil manejo y que el elemento que va a medir sea fácilmente reemplazable porque solamente funciona una vez, tienes que reemplazar el detector en cada medición, se está planeando lo más amigable posible para el usuario”, subrayó.

Dijo que la innovación del producto no radica en el diseño del dispositivo electrónico sino en lograr obtener un biosensor para la detección de pesticidas a tan bajas concentraciones y que además sea portátil.

 

 

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