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Científica del INAOE desarrolla biosensor con carburo de silicio


Por Dalia Patiño González

Tonantzintla, Puebla. 21 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).

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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

Dra-Claudia-Reyes-Betanzo-1.jpgDra. Claudia Reyes Betanzo.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.   

 

arroba14010contacto 1 Dra. Claudia Reyes Betanzo
Jefa del laboratorio LI-MEMS, INAOE
Luis Enrique Erro # 1, Santa María Tonantzintla, 72840 Puebla, Pue.

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