Formación de complejos supramoleculares en superficies funcionalizadas para la implementación de biosensores basados en el efecto de campo
Introducción
En los últimos años, el desarrollo de sistemas analíticos que integran dispositivos fabricados con tecnología microelectrónica, unidos íntimamente a un elemento de reconocimiento de origen biológico, ha revolucionado el concepto de biosensor. En la actualidad existen diferentes tipos de biosensores capaces de detectar interacciones biomoleculares, entre los cuales los inmunosensores han destacado debido a sus posibilidades de aplicación.
Se están estudiando diversas técnicas para la inmovilización de proteínas sobre sustratos inorgánicos (SiO2, Si3N4, entre otros) para la implementación de inmunosensores basados en ISFET's (Ion-sensitive Field-effect Transistor), capaces de complementar y/o suplir a las técnicas utilizadas actualmente para la realización de inmunoensayos, como es la técnica ELISA (Enzime-linked Immunosorbent Assay).
Transistor de Efecto de campo Sensible a Iones
El ISFET es una variante del transistor de efecto de campo de metal y óxido conocido en microelectrónica como MOSFET. La estructura física de un ISFET se muestra en la figura 1. En este caso, el sustrato es silicio dopado tipo p y tanto la fuente S como el drenador D están formados por silicio tipo n fuertemente dopado. Al aplicar un potencial entre el electrodo de referencia ER y el sustrato B se genera un campo eléctrico que polariza al dieléctrico de compuerta O e incrementa la densidad de portadores minoritarios n en la región que separa a S y D (canal de inversión) permitiendo el paso de la corriente desde la fuente al drenador IDS.
Figura 1
De acuerdo con la teoría de enlaces locales, existe una acumulación anisotrópica de iones en la interfase entre una superficie electroquímicamente activa y un electrolito (Figura 2). Según la teoría de Gouy – Chapman – Stern, debido a su carga y tamaño variable los iones forman una doble capa eléctrica definida por dos planos llamados a su vez plano interior de Helmholtz (PIH) y plano exterior de Helmholtz (PEH) cerca de la superficie seguida de una capa difusa de cargas mas o menos móviles hacia el seno del electrolito. Esto implica que el potencial en la interfase electrolito - dieléctrico de compuerta estará dominada por los cambios en el pH del medio.
Figura 2
Inmovilización de proteínas: modificación de la superficie del ISFET
El objetivo principal es el de inmovilizar una monocapa de proteínas o anticuerpos específicos, unidos al sustrato de manera covalente, sin que éstos pierdan la capacidad de interaccionar con el ligando o antígeno (Figura 3). Diferentes técnicas fisicoquímicas están siendo evaluadas para modificar y activar la superficie de diferentes materiales tal como Si3N4 .
Figura 3
Se plantea la hipótesis de que las interacciones del tipo proteína-ligando y antígeno-anticuerpo modificarán la distribución de carga en la superficie del ISFET lo que se verá traducido en una variación del potencial en la interfase dieléctrico-electrolito. Se están estudiando este tipo de variaciones tanto en condiciones estáticas como dinámicas.
Se han propuesto básicamente dos métodos para la unión covalente de proteínas: el de activar, mediante tratamiento fisicoquímico, grupos amino en la superficie del dieléctrico para la inmovilización directa; y el de depositar nanoesferas de un polímero (Ej. poliestireno), y activar grupos amino en sus superficies mediante tratamiento químico.
Cooperación
El presente proyecto se realiza en cooperación con el Laboratorio de Bioinformática y el Laboratorio de Enfermedades Infecciosas de la Universidad Peruana Cayetano Heredia, de la Universidad Peruana Cayetano Heredia y el Laboratorio de Microelectrónica de la Pontificia Universidad Católica del Perú.
Financiamiento
El presente proyecto es actualmente financiado por el Concejo Nacional de Ciencia y Tecnología CONCYTEC. Los ISFETs utilizados son una donación del Centro Nacional de Microelectrónica de Barcelona - España.
Información de contacto
Gabriel I. Cava Díaz
Grupo de Materiales Nanoestructurados
Facultad de Ciencias - UNI
Tel. 4811070 anexo 382
Email. ivancava@gmail.com