El nuevo método de cristal fotónico puede permitir una detección sensible y asequible de biomarcadores

Los biomarcadores son pequeñas moléculas de interés para los investigadores porque pueden indicar enfermedades subyacentes, a menudo incluso antes de que aparezcan los síntomas. Sin embargo, detectar estos marcadores puede resultar complicado, ya que suelen estar presentes en cantidades muy bajas, especialmente en las primeras etapas de una enfermedad. Los métodos de detección tradicionales, aunque eficaces, suelen requerir componentes costosos como prismas, películas metálicas u objetivos ópticos.

En un artículo reciente publicado en Letras de Física Aplicadainvestigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han revelado un enfoque novedoso para detectar bajas concentraciones de biomarcadores que allana el camino para una tecnología de biodetección que es fácil de usar, altamente sensible y sorprendentemente asequible.

«El objetivo de esta tecnología es el diagnóstico temprano, para poder detectar moléculas asociadas con enfermedades en concentraciones muy bajas, a veces unas pocas moléculas por millón, muy temprano», dijo Seemesh Bhaskar, investigador postdoctoral en el laboratorio de Brian Cunningham y primer autor. sobre el estudio. «Buscar concentraciones muy pequeñas de microARN, ADN tumoral circulante y exosomas, por ejemplo, puede ayudar a determinar si un paciente desarrollará cáncer uno o dos años después».

La detección temprana de biomarcadores es crucial para predecir y gestionar enfermedades de forma eficaz. Existen muchas estrategias para medir la presencia y concentración de biomarcadores, pero un enfoque común implica unirlos con una molécula fluorescente, llamada fluoróforo, que emite fluorescencia cuando se excita con luz.

Bhaskar señaló que si bien existen tecnologías expertas en detectar estos bajos niveles de biomarcadores fluorescentes, a menudo son voluminosas y costosas, lo que limita su accesibilidad en la atención médica, particularmente en áreas con recursos limitados.

El enfoque abarca un fenómeno novedoso para detectar luz, llamado resonancia en modo guiado por radiación, que utiliza cristales fotónicos: piezas delgadas de vidrio con pequeñas rejillas en la superficie. Estas rejillas ayudan a dirigir los fotones, que son pequeñas partículas de luz, emitidas por biomarcadores a lo largo de una vía mediante un efecto de dirección. Esta vía está «sintonizada» para coincidir con la longitud de onda de la fluorescencia emitida por los biomarcadores, optimizando la recolección de luz y mejorando la sensibilidad de detección.

Bhaskar compara esto con una danza rítmica de energía luminosa dentro del cristal, donde la luz se amplifica mientras adquiere las propiedades del cristal fotónico. Una propiedad del cristal, llamada selección de polarización, ecualiza la polarización de la luz, lo que permite una detección más clara y nítida de la fluorescencia. En conjunto, esto puede dar como resultado un rendimiento 100 veces mayor.

«Para mí, esta es una forma completamente nueva de analizar las propiedades de la luz misma», dijo Bhaskar. «Los fotones se adaptan, cambian y evolucionan a medida que pasan a través del cristal fotónico. La luz adquiere nuevas características sin perder su esencia. Es un testimonio de la adaptabilidad y el poder transformador de la luz».

El descubrimiento de este nuevo fenómeno sienta las bases para futuras plataformas de detección que podrán detectar moléculas a niveles picomolares sin depender de componentes costosos, lo que hará que la tecnología de biodetección sea más sensible, accesible y asequible.