A medida en que la nanotecnología evoluciona y se convierte en una parte integral de nuestras vidas, los nanomateriales —materiales con dimensiones inferiores a las 10 millonésimas de metro— van encontrando aplicaciones cada vez más especializadas. Tal es el caso del silicio poroso, un nanomaterial fabricado mediante la disolución de obleas de silicio cristalino al aplicar una corriente eléctrica en presencia de una solución llamada “electrolito” —compuesta de una mezcla de ácido fluorhídrico y etanol—, lo cual da como resultado una capa formada de millones y millones de poros pequeños.

Visualízalo como una esponja llena de huecos (figura 1A y B). Los colores del silicio poroso dependen del espesor y porosidad de la capa resultante (diferente espesor produce un color distinto), un fenómeno semejante a las manchas de aceite que aparecen sobre el asfalto mojado, ¿las has visto? (figura 1C). Ahora bien, ¿cómo utilizamos el silicio poroso para detectar biomoléculas, como, por ejemplo, los anticuerpos producidos por nuestro sistema inmunológico cuando enfermamos de COVID-19?

Figura 1. Porosidad de A) una esponja y B) una capa de silicio poroso con una variación en su espesor y porosidad, lo que produce los diferentes colores, un fenómeno similar al observado en C) una mancha de aceite sobre el asfalto mojado.

Figura 2. Interacción entre el coronavirus (SARS-CoV-2) y los anticuerpos.

Los anticuerpos: un ejército contra los virus
Cuando un coronavirus —como el SARS-CoV-2 causante de COVID-19— entra a nuestro organismo, nuestro sistema inmunológico produce anticuerpos para combatirlo, evitando así que entre e infecte nuestras células. Los anticuerpos tienen la misión de bloquear al virus. Imagina la interacción entre los anticuerpos y el virus como la atracción entre dos cargas eléctricas opuestas: los anticuerpos con carga positiva y las espinas de la corona del virus con carga negativa (figura 2). De esta forma, las espinas —que son el punto de acceso del virus hacia el interior de las células— quedarán bloqueadas con los anticuerpos evitando que infecten más células.

Figura 3. Detectando COVID-19: A) Paredes internas del poro modificadas con el antígeno del virus (las espinas de la corona) antes y después de la detección del anticuerpo; B) Cambio simbólico del color del nanomaterial; y C) Desplazamiento de la señal óptica (grafica del color).

Detectando anticuerpos de COVID-19 con luz
El silicio poroso es un material que cuando es iluminado con luz blanca —la combinación de todos los colores— refleja sólo ciertos colores y otros no. Los colores reflejados pueden medirse capturando su “espectro óptico” con la ayuda de un espectrómetro —un detector portátil que muestra la gráfica (“espectro óptico”) de los colores reflejados por una superficie—. Supongamos que los poros del nanomaterial se encuentran inicialmente llenos de aire y que su superficie refleja sólo el color verde, pero cuando los poros se llenan de algún otro material (sólido, liquido o gaseoso), entonces la forma en la que la luz viaja a través del nanomaterial cambia, y, por tanto, también el color que refleja. ¿Cómo Utilizamos esta propiedad para detectar los anticuerpos de COVID-19? Imagina ahora que inmovilizas las espinas de la corona del virus en las paredes internas de los poros —las cuales actuarán como receptores de los anticuerpos— y después depositas unas gotitas de una muestra de sangre (diluida) del paciente. Si en la muestra analizada hay anticuerpos de COVID-19, éstos se atraerán y unirán a los receptores (las espinas) llenando el volumen interno de los poros (figura 3A), y a su vez, produciendo el cambio de color del nanomaterial (figura 3B). El cambio de color antes y después de la detección también puede observarse como un desplazamiento de la señal óptica del nanomaterial debido al cambio de su “espesor óptico”, es decir, el camino que recorre la luz en el material. El espesor óptico, en este caso, está directamente relacionado con el tipo de material con el que se llenaron los poros ocasionando que la luz viaje de forma diferente y produciendo el cambio de la señal óptica inicial (figura 3C). De esta forma se podría diagnosticar en tiempo real el estado de salud de las personas —saludable, infectado y asintomático— sin requerir de equipos costosos y a la vez reduciendo el tiempo de espera para obtener el resultado.
¿Qué te parece esta idea para detectar COVID-19?

Dr. Edgar Eduardo Antúnez Cerón | Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Dra. Vivechana Agarwal | Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad Autónoma del Estado de Morelos