Una sociedad futura propuesta. Crédito: Universidad de Tohoku
El futuro podría contener sensores portátiles y portátiles para detectar virus y bacterias en el entorno circundante. Pero todavía no hemos llegado. Los científicos de la Universidad de Tohoku han estado estudiando materiales que pueden cambiar la energía mecánica en eléctrica o magnética, y viceversa, durante décadas. Junto con sus colegas, publicaron una revisión en la revista Advanced Materials sobre los esfuerzos más recientes en el uso de estos materiales para fabricar biosensores funcionales.
“La investigación para mejorar el rendimiento de los sensores de virus no ha progresado mucho en los últimos años”, dice el ingeniero de materiales de la Universidad de Tohoku, Fumio Narita. «Nuestra revisión tiene como objetivo ayudar a los jóvenes investigadores y estudiantes de posgrado a comprender los últimos avances para guiar su trabajo futuro para mejorar la sensibilidad del sensor de virus».
Los materiales piezoeléctricos convierten la energía mecánica en eléctrica. Los anticuerpos que interactúan con un virus específico se pueden colocar en un electrodo incorporado en un material piezoeléctrico. Cuando el virus objetivo interactúa con los anticuerpos, provoca un aumento de masa que disminuye la frecuencia de la corriente eléctrica que se mueve a través del material, lo que indica su presencia. Este tipo de sensor se está investigando para detectar varios virus, incluido el virus del papiloma humano causante del cáncer de cuello uterino, el VIH, la influenza A, el Ébola y la hepatitis B.
Los materiales magnetoestrictivos convierten la energía mecánica en magnética y viceversa. Estos se han investigado para detectar infecciones bacterianas, como la fiebre tifoidea y porcina, y para detectar ántrax esporas. Los anticuerpos de sondeo se fijan en un chip biosensor colocado sobre el material magnetoestrictivo y luego se aplica un campo magnético. Si el antígeno objetivo interactúa con los anticuerpos, agrega masa al material, lo que lleva a un cambio de flujo magnético que puede detectarse utilizando una «bobina captadora» sensora.
Narita dice que los desarrollos en inteligencia artificial y estudios de simulación pueden ayudar a encontrar materiales piezoeléctricos y magnetoestrictivos aún más sensibles para detectar virus y otros patógenos. Los materiales del futuro podrían ser sin bobinas, inalámbricos y suaves, lo que permitiría incorporarlos en telas y edificios.
Los científicos incluso están investigando cómo utilizar estos y materiales similares para detectar SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, en el aire. Este tipo de sensor podría incorporarse en sistemas de ventilación de transporte subterráneo, por ejemplo, para monitorear la propagación del virus en tiempo real. Los sensores portátiles también podrían alejar a las personas de un entorno que contenga virus.
“Los científicos aún necesitan desarrollar sensores más efectivos y confiables para la detección de virus, con mayor sensibilidad y exactitud, menor tamaño y peso, y mejor asequibilidad, antes de que puedan usarse en aplicaciones domésticas o ropa inteligente ”, dice Narita. «Este tipo de sensor de virus se convertirá en una realidad con nuevos desarrollos en la ciencia de los materiales y el progreso tecnológico en inteligencia artificial, aprendizaje automático y análisis de datos».
Referencia: «Una revisión de materiales de biosensores piezoeléctricos y magnetostrictivos para la detección de COVID – 19 y otros virus» por Fumio Narita, Zhenjin Wang, Hiroki Kurita, Zhen Li, Yu Shi, Yu Jia y Constantinos Soutis, 24 de noviembre de 2020, Materiales avanzados.
DOI: 10.1002 / adma.202005448