Imitando el olfato canino para salvar vidas

Un dispositivo imita la biología de los receptores olfativos caninos

«Si no puedes acercarte a algo… al menos imítalo», ésta parece ser la máxima que han seguido los investigadores de la UCSB al desarrollar sus nuevos dispositivos detectores de explosivos. Nada supera a la nariz de un perro… así que ¿por qué no imitarla mediante nanotecnología?

Los investigadores de la UCSB, dirigido por los profesores Carl Meinhart de ingeniería mecánica y Martin Moskovits de química, han diseñado un detector que utiliza la nanotecnología de microfluidos para imitar el mecanismo biológico que se encuentra en los receptores olfativos caninos. El dispositivo es muy sensible a pequeñas cantidades de ciertas moléculas de vapor, y capaz de identificar una sustancia específica, aparte de moléculas similares.

«Los perros siguen siendo el estándar de referencia para la detección del olor de los explosivos. Pero al igual que una persona, un perro puede tener un buen día o un mal día, se cansa o se distrae «, dijo Meinhart.

«Hemos desarrollado un dispositivo con la misma sensibilidad o mejor que la nariz de un perro que se conecta a un ordenador para informar exactamente qué tipo de molécula es la que está detectando.

«La clave de su tecnología, explicó Meinhart, se encuentra en la fusión de los principios de la ingeniería mecánica y la química, en una colaboración hecha posible por el Instituto de UCSB de Biotecnología. Los resultados, publicados este mes en el programa de Química Analítica demuestran que su dispositivo puede detectar moléculas en el aire de una sustancia química llamada 2,4-dinitrotolueno, el vapor primario procedente del TNT a base de explosivos.

La nariz humana no puede detectar cantidades tan ínfimas de una sustancia, sólo perros entrenados han sido utilizados para realizar el seguimiento con éxito de este tipo de moléculas.

Tecnología que imita la nariz de un perro
Su tecnología se inspira en el diseño y el tamaño de microescala biológica de la capa mucosa olfativa canina, que absorbe y luego concentra moléculas en el aire. «El dispositivo es capaz de detectar en tiempo real e identificar ciertos tipos de moléculas en concentraciones de 1 ppb o menos. Su especificidad y sensibilidad no tienen precedentes», dijo el Dr. Brian Piorek, ex estudiante de doctorado en ingeniería mecánica del laboratorio Meinhart y científico jefe en Santa Bárbara, Inc.

La tecnología ha sido patentada y licenciada en exclusiva por SpectraFluidics, una empresa que Piorek co-fundó en 2008 con inversores privados. «Nuestro proyecto de investigación no sólo aporta diferentes disciplinas para desarrollar algo nuevo, sino que también crea puestos de trabajo para la comunidad local y es de esperar beneficie a la sociedad en general», comentó Meinhart.

Hasta ahora, ningún dispositivo electrónico se acercaba a la fiabilidad de la nariz de un perro…

La tecnología subyacente combina una superficie libre de microfluidos y una mayor superficie de espectroscopia Raman (SERS) para capturar e identificar moléculas. Un canal de microescala de líquido absorbe y concentra las moléculas hasta seis órdenes de magnitud. Una vez que las moléculas de vapor se absorben en el microcanal, interactúan con nanopartículas que amplifican su firma espectral cuando son excitadas por la luz láser. Una base de datos de firmas espectrales identifica qué tipo de molécula ha sido encontrada.

Podría ampliarse su utilidad en el futuro
«El dispositivo consta de dos partes» explicó Moskovits, «hay un microcanal, que es como un río pequeño que se utiliza para atrapar las moléculas y las presenta a la otra parte, un espectrómetro accionado por un láser que los detecta.

Estos microcanales son veinte veces menor que el grosor de un cabello humano. La tecnología podría utilizarse para detectar una variedad muy amplia de moléculas«, dijo Meinhart. «Las aplicaciones de diagnóstico podría extenderse a ciertas enfermedades o la detección de narcóticos, para nombrar unos pocos.» añadió Moskovits, «El trabajo se publicó centra en los explosivos, pero no tiene por qué ser explosivos. Se podrían detectar moléculas de respiración de alguien que puede indicio de una enfermedad, por ejemplo, o los alimentos que se han echado a perder».

La investigación principal se desarrolló a través de una colaboración interdisciplinaria entre los profesores y Meinhart Moskovits, y llevado a cabo por el ex doctoral Piorek investigadores Dr. y Dr. Lee Seung-joon. Su proyecto fue financiado en parte por el Instituto de Biotecnología de UCSB en colaboración a través de la Oficina de Investigación del Ejército y DARPA.