Material biomético que puede ser moldeado a escala nanométrica, para crear nanosensores múltiples

Investigadores del Campus de Excelencia Internacional Campus Moncloa crean un material biomimético capaz de ser modelado a escala nanométrica, lo que aumenta su sensibilidad, selectividad y velocidad de detección de sustancias químicas.

Las nuevas características de este material biomimético permiten fabricar, mediante litografía por haz de electrones, múltiples sensores químicos de dimensiones nanométricas (1 nanómetro= 0,000001 milímetros) sobre un mismo sustrato, lo que abre la puerta a la realización de biochips multifuncionales de gran versatilidad. La posibilidad de ser grabado a escala nanométrica es una ventaja fundamental frente a los materiales biomiméticos convencionales, ya que confiere al nuevo material —desarrollado por investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad Complutense (UCM), en el marco del Campus de Excelencia Internacional Campus Moncloa (CEI Moncloa)— un interesante potencial comercial.

El nuevo material está compuesto por un polímero lineal entrecruzable cuya estructura molecular se altera al ser bombardeado con electrones. De este modo, es posible utilizar un haz de electrones de un espesor de unos cuantos nanómetros, como si de un lápiz de punta ultrafina se tratara, para escribir un patrón cualquiera sobre una película de este material adherida a un substrato. Tras la escritura (litografía), la película se sumerge en un revelador líquido que disuelve la parte de película irradiada con el haz, dejando el patrón (no irradiado) intacto sobre el substrato.

Además, el material se comporta como un polímero de impronta molecular o MIP (molecularly imprinted polymer), es decir, puede reconocer una molécula o compuesto concreto tras un proceso de impresión a nivel molecular. Los MIP son materiales sintéticos con la misma funcionalidad que ciertas moléculas biológicas —tales como antígenos y anticuerpos— utilizadas como receptores para la detección de ciertas moléculas; de ahí que los MIP se consideren materiales biomiméticos. Las principales ventajas de los MIP sobre los receptores biológicos son una mayor resistencia a agentes químicos y a temperaturas extremas, menor coste y la posibilidad de crear receptores químicos sintéticos que no existen en la naturaleza.

Hasta la fecha, los métodos utilizados para grabar películas de MIP con el fin de fabricar sensores se han basado en técnicas de estampación y fotolitografía. El método de estampación tiene el grave inconveniente de la posible contaminación de la superficie de las películas de MIP que están en contacto con los moldes de impresión, mientras que la técnica de fotolitografía no es adecuada para crear motivos nanométricos. El nuevo material puede ser grabado a escala nanométrica sin necesidad de molde o máscara alguna.

Los investigadores de la UPM y la UCM han fabricado patrones nanométricos de este material sobre substratos de silicio utilizando un haz de electrones y demostrado la funcionalidad del material como MIP. El material puede reconocer la presencia de la molécula rodamina 123, molécula fluorescente utilizada como analito modelo, con gran sensibilidad y selectividad sobre otras rodaminas. La metodología utilizada en el desarrollo de este material puede aplicarse a la síntesis de otros materiales susceptibles de ser grabados mediante haz de electrones y capaces de detectar sustancias de interés en toxicología y biomedicina.

La fabricación de estructuras nanométricas de materiales sensores como el creado tiene una doble finalidad. Por un lado, aumenta la interacción del sensor con el medio  en el que se encuentra el analito a detectar, incrementándose así la sensibilidad y velocidad de detección. Por otro lado, el pequeño tamaño de las estructuras sensoras permite integrar múltiples elementos en un mismo chip o substrato, disminuyendo costes y aumentando la fiabilidad y funcionalidad de los ensayos.

El método de fabricación desarrollado ha sido protegido mediante patente.

El trabajo ha contado con financiación  del anterior Ministerio de Ciencia e Innovación, dentro del marco de un proyecto EXPLORA cuyo investigador principal ha sido Carlos Angulo Barrios, del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) de la UPM. Los proyectos EXPLORA están orientados a promover la curiosidad científica y la osadía intelectual en investigación, buscando propuestas de investigación imaginativas y radicales que surjan de una reflexión profunda sobre un determinado problema o paradoja científica.