Investigadores del grupo “Communications Engineering” de IBIMA Plataforma BIONAND y la Universidad de Málaga (UMA) han dado un paso de gigante en la tecnología de biosensores al desarrollar y validar con éxito un sistema que utiliza una cámara óptica -similar a las que encontramos en muchos dispositivos, pero optimizada- para leer los resultados de chips de detección médica.
Este avance es crucial para el futuro del diagnóstico, ya que permite la detección simultánea de múltiples biomarcadores -es decir, la capacidad de buscar varias señales de enfermedad a la vez en una única muestra- de manera compacta y económica, abriendo la puerta al llamado Diagnóstico en el Punto de Atención (PoC).
El chip que detecta trazas mínimas
Los sensores fotónicos integrados, consistentes en pequeños chips ópticos, son considerados uno de los candidatos más prometedores para el futuro de la medicina diagnóstica. Estos chips, que utilizan luz para «sentir» la presencia de moléculas biológicas, son rentables y pueden fabricarse a gran escala, lo que los hace ideales para producir chips de un solo uso para el diagnóstico rápido.
Así, el reto para detectar concentraciones extremadamente bajas de biomarcadores, trazas vitales para el diagnóstico precoz, reside en que tanto el chip como el sistema que lo lee deben ser diseñados con sumo cuidado.
El equipo malagueño, liderado por el catedrático de Fotónica de la Universidad de Málaga e investigador responsable del grupo Communications Engineering de IBIMA, Iñigo Molina Fernández, junto a las investigadoras predoctorales Laura Pérez Sánchez y Ana Sánchez Ramírez, y Jonas Leuermann de la empresa emergente Bioherent, se centró en perfeccionar el sistema de lectura.
La cámara: la clave de la simplificación y la precisión
Tradicionalmente, la lectura de estos chips requiere sistemas complejos de alineación con fibras ópticas. La gran innovación de este trabajo reside en que la señal de salida del chip es capturada por una cámara óptica (OC) a través de una lente. Este cambio tecnológico aporta beneficios sustanciales para llevar la tecnología al punto de atención.
Por un lado, los investigadores hablan de una alineación más sencilla. La cámara realiza la lectura de la señal en espacio libre, simplificando drásticamente el proceso de alineación. Pero es no es todo, también presenta una mayor estabilidad. Así, el sistema basado en cámara permite corregir digitalmente las pequeñas desalineaciones o micromovimientos mecánicos, que a menudo degradan el rendimiento en otros dispositivos.
Por último, los científicos han identificado cierto margen de flexibilidad y miniaturización, lo que facilita la creación de sistemas altamente multiplexados y más compactos, ya que la forma y posición de las regiones de interés (ROI) de la señal pueden ajustarse por software.
Logro mundial: precisión de vanguardia
Para alcanzar la máxima sensibilidad posible, el equipo desarrolló un modelo teórico para optimizar meticulosamente los parámetros de la cámara (como el tiempo de exposición y el número de píxeles utilizados) y así maximizar la calidad de la señal y minimizar el ruido.
Aplicando estas estrategias, el sistema integrado demostró una capacidad de detección (LOD) de Unidades de Índice de Refracción (RIU). Este resultado experimental es considerado un logro de vanguardia en el campo de los sensores fotónicos que pueden detectar múltiples marcadores a la vez.
De hecho, la precisión obtenida se acerca a la sensibilidad de los mejores sistemas de detección de un solo sensor existentes, superando a otros biosensores interferométricos multiplexados reportados anteriormente.
Por ello, como han defendido los investigadores malagueños, se trata de un estudio que, “no solo proporciona un modelo teórico robusto para describir el comportamiento de estos sistemas, sino que también valida experimentalmente una solución práctica, flexible y robusta que ofrece una alternativa excelente a los sistemas clásicos basados en fotodetectores”. Un avance que, sin lugar a dudas, refuerza la idoneidad de la detección basada en cámaras para aplicaciones de sensores fotónicos altamente multiplexados.
