En un futuro no muy lejano, cada uno de nosotros podrá disponer de un simple dispositivo, lo suficientemente pequeño para que ponerlo en nuestra mesita de noche o llevarlo en el bolsillo, que nos mantenga al tanto de nuestro estado de salud, identificando incluso rastros de biomarcadores no deseados en nuestra sangre o saliva, sirviendo como un sistema de alerta temprana de enfermedades. Esta es una de las promesas de la medicina personalizada que estamos empezando ya a vislumbrar con los controles de salud proactivos que se están empezando a incorporar en dispositivos como el Apple Watch.
Esta revolución tecnológica puede estar aún más cerca gracias a una poderosa herramienta desarrollada por investigadores del Laboratorio de Sistemas BioNanoFotónicos (BIOS). Consiste en un chip óptico ultra delgado y miniaturizado que, cuando se combina con una cámara CMOS estándar y se alimenta mediante análisis de imágenes, puede contar las biomoléculas una por una y determinar su ubicación. La investigación ha sido publicada recientemente en la revista científica Nature Photonics.
Un sensor muy poderoso
Esta pionera tecnología se basa en las metasuperficies, una de las estrellas emergentes en el campo de la fotónica. Las metasuperficies son láminas de materiales artificiales cubiertas por millones de elementos de tamaño nanométrico dispuesto de una manera especial. A una cierta frecuencia, estos elementos son capaces de “comprimir” luz en volúmenes extremadamente pequeños, creando puntos de conexión ópticos ultrasensibles.
Cuando la luz brilla en la metasuperficie e incide en una molécula en uno de estos puntos, la molécula es detectada de forma inmediata. De hecho, la molécula se separa al cambiar de longitud de onda de la luz que la alcanza.
Escaneando moléculas y tomándoles una foto
Al usar luces de diferentes colores en la metasuperficie y tomando una fotografía cada vez con una cámara CMOS, los investigadores pueden contar la cantidad de moléculas en una muestra y descubrir de forma exacta lo que está sucediendo en el chip del sensor. Posteriormente se utilizan herramientas de computación inteligente y big data para analizar los millones de píxeles CMOS obtenidos a través de el proceso.
“Hemos demostrado que podemos detectar e identificar no solo biomoléculas individuales en estos puntos, sino incluso una hoja de grafeno que solo tiene un átomo de espesor”, explica Filiz Yesilkoy, primer autor del estudio.
Llevando su trabajo un paso más allá, los investigadores desarrollaron una segunda versión de sus sistema, donde las metasuperficies están programadas para resonar en diferentes longitudes de onda en diferentes regiones. “Esta técnica es más simple, pero también es menos precisa para ubicar las moléculas”, señala Eduardo R. Arvelo, coautor del estudio.
¿Un antes y después en la detección de enfermedades?
Hatice Altug, director del laboratorio de BIOS y quien está liderando el proyecto, ve un inmenso potencial en el campo de la óptica: “La luz posee muchos atributos, tales como la intensidad, fase y polarización, y es capaz de atravesar el espacio. Esto significa que los sensores ópticos pueden jugar un papel fundamental en la consecución de importantes desafíos, especialmente en la medicina personalizada”.
Créditos imagen de portada: EPFL
