La curiosidad nunca mató al científico

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Un nuevo paso hacia el humano sensórico: los sensores químicos vestibles

De nuevo les traigo más noticias sobre el humano sensórico del que hablaba en el artículo sobre los biosensores implantables. Y es que es un tema en el que se está investigando mucho y tendremos resultados muy pronto. Hace unos años nadie pensaba que íbamos a llevar tantos sensores con nosotros, y ahora cualquier teléfono inteligente tiene varios, como el GPS, de luminosidad o el sensor magnético, todos ellos sensores físicos. El próximo paso estará en llevar con nosotros sensores químicos, sensores químicos vestibles.

Los últimos avances en sensores electroquímicos nos llevan a novedosas metodologías de fabricación  y mejoras en las técnicas de análisis que posicionan a los sensores electroquímicos en la primera posición para ser los próximos sensores vestibles. Estos sensores son capaces de ofrecer información sobre diferentes factores en tiempo real, con especial relevancia, información sobre la salud de la persona que lleva el sensor, pero también información sobre el entorno, como la contaminación que le rodea o si existe alguna clase de peligro químico.

El primer cambio importante a considerar en cuanto a los sensores electroquímicos convencionales consiste en los diferentes sustratos en los que estos sensores se imprimen. Para que puedan ser llevados por los usuarios, los sustratos tienen que ser flexibles, ya que tanto nuestro cuerpo como la ropa que llevamos no poseen una conformación plana ni rígida. Por tanto, los sensores vestibles deben funcionar correctamente incluso en condiciones de deformación o movimiento, a la vez que estos sensores deben tener una especial robustez.

La versatilidad de las técnicas de fabricación de películas gruesas permite la realización de diferentes geometrías de los electrodos que pueden satisfacer los requerimientos de los dispositivos vestibles. Entre las tecnologías para hacer estos dispositivos se encuentran el serigrafiado (screen-printing) y la transferencia por sello (stamp transfer). La segunda es una alternativa que puede ser utilizada en superficies no planas, característica que no cumple el serigrafiado. Las tintas que se utilizan en estas tecnologías pueden ser de diferentes materiales, como carbono, oro o platino y pueden estar modificadas con otras sustancias que permitan una alta selectividad en el análisis de diferentes componentes, como por ejemplo, enzimas.

Técnica del stamp transfer para fabricación de sensores electroquímicos

Técnica del stamp transfer para fabricación de sensores electroquímicos

Entre los principales materiales que se utilizan para el desarrollo de sensores electroquímicos flexibles se encuentran las poliimidas, el naftalato de polietileno, el tereftalato de polietileno y el Teflón. Estos materiales permiten que los sensores funcionen correctamente incluso encontrándose deformados con un radio de curvatura extremadamente pequeño.

Sensores electroquímicos flexibles

Sensores electroquímicos flexibles

Algunas de las sustancias analizadas correctamente hasta ahora con estos sensores flexibles son ferrocianuro, trinitrotolueno (TNT), nitronaftaleno (NN), e incluso se han desarrollado biosensores de glucosa flexibles. Dentro de esta categoría de sensores destaca un biosensor flexible desarrollado por el grupo de Wang et al. para su inserción en el conducto lacrimal y monitorizar diferentes biomarcadores como norepinefrina, dopamina y glucosa en las lágrimas.

Por tanto, se ha demostrado que estos sensores flexibles son una buena opción para convertirse en sensores vestibles ya que no tienen un funcionamiento diferente cuando están sometidos a deformación o tensión mecánica.

Dentro del grupo de los sensores vestibles destacan, pues, los sensores que pueden ser llevados en la ropa, teniendo como sustrato diferentes materiales textiles. Los sensores que se disponen en estos materiales también tienen que sobrevivir a deformaciones, incluyendo estiramientos. Otra de las características ideales de estos sensores es que no deben influir en la rutina diaria del usuario.

Estos sensores permiten el análisis de sustancias que se encuentran en la transpiración o el sudor. Dentro de este conjunto de sensores se han desarrollado unos calzoncillos con electrodos de carbono que permiten obtener información fisiológica del usuario. Los calzoncillos poseen un contacto íntimo (nunca mejor dicho) con la piel y por tanto, permite la monitorización de diferentes sustancias del organismo con el paradigma de llévalos-y-olvídate. Por tanto estos calzoncillos con sensores electroquímicos son un ejemplo importante de lo que nos podemos encontrar en la ropa del futuro.

Calzoncillos sensóricos

Calzoncillos con electrodos de carbono y su respuesta al NADH

No necesariamente estos sensores llevados en la ropa sólo pueden servir para determinar sustancias fisiológicas, sino que podrían usarse para analizar el entorno del usuario en materia de seguridad. Dentro de este grupo, se ha desarrollado un sensor sobre Gore-TEX que permite la detección de explosivos como el 2,4-dinitrotolueno (DNT) y el TNT, tanto en fase líquida como fase gaseosa.

Sensor vestible sobre Gore-TEX

Sensor vestible sobre Gore-TEX

Ropa sumergible fueron otras de las prendas en las que se ha implementado un sensor vestible, en este caso el material es neopreno. Además, este sensor fue integrado con un potenciostato encapsulado, con lo que permite tener una indicación en tiempo real si determinados contaminantes del agua están por encima de un nivel. Esta prenda podría ser usada por buceadores o surferos que sean alarmados si el agua en el que se encuentran presenta peligro para la salud.

Sistema electrónico del sensor sobre neopreno

Sistema electrónico del sensor sobre neopreno

Un paso más de integración de los sensores con el organismo son los sensores “tatuables, los cuales se transfieren a la piel como si fueran tatuajes temporales.

Sensores electroquímicos tatuables

Diferentes estilos de sensores electroquímicos tatuables

El análisis de sustancias químicas que se encuentren en la superficie de la piel puede proporcionar información relevante sobre la salud del usuario y su exposición a diferentes contaminantes que residan en su entorno local. Estos sensores tatuables han sido utilizados para la detección de sustancias fisiológicas como ácido ascórbico (vitamina C) y ácido úrico, y también para la detección de TNT en el ambiente. Asimismo, tras el lavado de la piel con jabón, el sensor funciona sin problemas.

Incluso con el progreso que se ha conseguido en el campo de los sensores vestibles, la integración de la electrónica, la fuente de energía y la habilidad para comunicarse mediante tecnología wireless siguen siendo los mayores retos que se han de afrontar para que la implantación en la sociedad de estos dispositivos pueda ser una realidad. Mucho trabajo queda por hacer para mejorar las capacidades de estos dispositivos y que los usuarios puedan recibir el estado de su salud en tiempo real directamente en su ordenador o teléfono móvil.

Continuando con la innovación y consiguiendo eliminar estas barreras tecnológicas, los sensores electroquímicos vestibles jugarán un papel muy importante en el futuro hombre sensórico.

Este post participa en la XVII Edición del Carnaval de Química, alojado en el blog Un Geólogo en apuros

ResearchBlogging.orgJoshua Ray Windmiller, & Joseph Wang (2012). Wearable Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review Electroanalysis, 24 DOI: 10.1002/elan.201200349

El análisis forense cada vez más cerca de CSI

Sin lugar a dudas CSI ha sido una serie en la que se ha puesto sobre la mesa la importancia que tiene el análisis químico dentro de la ciencia forense.

Dentro del análisis forense tiene una gran importancia conocer si un individuo ha disparado un arma o no, es decir, la identificación de los residuos de un disparo de un arma. Se puede entender que lo ideal sería poseer un método de análisis que sea rápido, fácil, fiable y que pueda utilizarse incluso en el lugar del crimen. En este tipo de análisis un paso crucial es la recolección de la muestra.

El gran Joseph Wang y sus colaboradores han desarrollado un método muy efectivo para este tipo de análisis que posee unas características que lo hacen muy prometedor para su uso en el análisis forense del futuro.

El novedoso protocolo “swipe and scan” desarrollado por estos investigadores consiste en una inicial transferencia mecánica de los residuos de la mano del sospechoso directamente a la superficie de un electrodo serigrafiado. Tras esta transferencia de material, se añade una gota de una disolución sobre el electrodo y se realiza un análisis voltamperométrico de varios metales que existen en el residuo de las armas como son plomo, antimonio y cobre. Solamente se necesita un sistema potenciostático (cada vez más miniaturizados) y un sistema electrónico de obtención de datos, que puede ser un dispositivo móvil, y por tanto el instrumento completo es de un pequeño tamaño y fácilmente portable. Este análisis completo desde la obtención de la muestra hasta la obtención del resultado se lleva a cabo en pocos minutos.

Método Swipe and scan

Tras el disparo de la pistola con una mano, restos metálicos, especialmente plomo y cobre, quedan depositados sobre la mano del individuo que ha disparado. Por tanto, la señal electroquímica medida con la técnica voltamperométrica de redisolución aumentará en gran medida tras el traspaso de los restos del disparo al electrodo de trabajo.

Señal positiva y señal negativa

Otros de los resultados obtenidos son un aumento en los niveles metálicos en individuos cercanos al individuo que ha disparado pero que no han estado en contacto con el arma, o en los individuos que se han lavado las manos tras haber disparado.

Señales de control

C1: blanco, C2: individuo cercano, F: individuo que ha disparado

Es una metodología prometedora pero que todavía necesita algún refinamiento, por ejemplo para evitar falsos positivos de individuos que están en contacto laboralmente con metales como plomo y cobre. Otras mejoras pueden venir en analizar diferentes sustancias de los residuos y así hacer un mapa completo de diferentes armas, y quizás poder identificar incluso el arma con la que se ha disparado.

Como siempre Wang sigue desarrollando novedosas pero muy simples tecnologías para resolver problemas que nos encontramos día a día. Tecnologías baratas, simples pero muy útiles. Esto sí que es innovación.

El análisis químico cada vez se acerca más a la ficción de CSI, es decir, tomar la muestra, analizar y en cinco minutos tener los resultados.

ResearchBlogging.orgAoife M. O’Mahony, Joshua R. Windmiller, Izabela A. Samek, Amay Jairaj Bandodkar, & Joseph Wang (2012). “Swipe and Scan”: Integration of sampling and analysis of gunshot metal residues at screen-printed electrodes Electrochemistry Communications, 23, 52-55 DOI: 10.1016/j.elecom.2012.07.004

 

Este post participa en la XVII Edición del Carnaval de Química, alojado en el blog Un Geólogo en apuros

La importancia de la inversión pública en I+D

Miguel de UnamunoLa ciencia ha sido uno de los componentes más afectados en los últimos años por los recortes de presupuesto. En 2010 el recorte fue del 10 %, mientras que en 2011 la reducción fue del 6 %. Hace pocos días se ha anunciado un recorte del 8 % del presupuesto del Gobierno de España en I+D para el 2012, alrededor de 600 millones de €. Está por ver si ese es el recorte final y no hay más sorpresas en fechas futuras. Le esperan momentos duros a la ciencia en este país, gobierne quien gobierne.

Un aumento de la inversión en I+D en estos momentos de crisis podría suponer un rendimiento realmente excepcional para esa inversión. Mientras tanto, se ha mantenido el IVA superreducido y la deducción fiscal para la compra de vivienda, cuando el mercado inmobiliario es uno de los factores de la crisis que sacude este país, el nuevo gobierno entra fuerte apostando por esta forma de economía.

La calidad de la creación científica está muy ligada a la inversión que existe, ya que para tener a los mejores científicos con acceso a herramientas especializadas y en unas condiciones aceptables para realizar su trabajo se necesita una elevada inversión. Mientras que mayor inversión no siempre será mayor calidad, si no existe una buena inversión, los desarrollos científicos de calidad siempre serán excepciones sobre una ciencia mediocre.

Observando el siguiente gráfico que presenta el % del PIB invertido en I+D en varios países europeos (2010), se puede ver como la mayoría de estos países invierten más que España en ciencia.

I+D en diferentes países europeos

El cambio del modelo productivo

En los últimos tiempos se ha hablado mucho sobre el necesario cambio del modelo productivo de España, el cambio de basar nuestra economía en la ciencia y la tecnología en lugar de en el ladrillo. La importancia en la economía de sectores como la industria, agricultura y ganadería va a sufrir una disminución en los próximos años, debido a la globalización y a que los costes de producción son menores en otros lugares. Por tanto, el futuro económico del país dependerá del turismo y de algo más. En nuestras manos está en que una parte importante de la economía, y por tanto el futuro del país, pueda basarse en la ciencia, la tecnología y el conocimiento; poseer productos de alto valor tecnológico, y crear un tejido empresarial que explote esos productos de manera global. Pasar a ser un país altamente exportador, y avanzar económica y socialmente gracias a estos productos.

Hay que ser autocríticos de la misma manera, y pensar que la gente que estamos involucrados en el I+D también debemos tener una visión más lejana que la de sólo publicar artículos cientificos. Debemos ayudar a divulgar la ciencia y conseguir una mejor cultura innovadora en la sociedad. Convencernos de la importancia de patentar las investigaciones que desarrollamos en el país, y la importancia de transferir ese conocimiento a la sociedad con la creación de empresas a partir de la investigación realizada o a través de empresas privadas que puedan estar interesadas en esas investigaciones. Obvia decir que la ciencia básica posee la misma importancia aunque a corto plazo no tenga un carácter práctico, ya que sin ciencia básica no existirían aplicaciones prácticas de la ciencia.

La ciencia puede costar mucho dinero, pero genera un saldo positivo en todos los ámbitos.

PS: Por supuesto que la inversión privada en I+D es tan importante como la inversión pública y en España también deja mucho que desear, y se debería fomentar la colaboración público-privada en este ámbito, pero eso es materia de otro post…