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¿Y cómo funcionan?

¿Y cómo funcionan? Los biosensores I

JOSÉ CHANONAEne 09, 2022 
Tiempo de lectura: 8 mins.

La pandemia popularizó el uso de termómetros infrarrojos, un dispositivo que muchos temieron causaría daños a la salud, pero ¿eso es verdad?

Cómo funciona un termómetro infrarrojo y otros biosensores (Foto: Pixabay)

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Los biosensores son dispositivos que miden señales biológicas, físicas y químicas a través de una conexión o interacción con sus contrapartes biológicas afines. Por ejemplo, algunas personas les da miedo que les tomen la temperatura en la frente con un termómetro infrarrojo, pero no hay que temer, salvo a quien no le guste quitarse el recuerdo de ese amargo amor (como en el clásico meme). 

Aquí la detección está relacionada con la temperatura de la piel que genera una emisión de ondas electromagnéticas de muy baja frecuencia, similar a las que emite un control remoto de TV, y menos dañinas que tomar el sol por unos minutos. De hecho, la emisión proviene de nuestro cuerpo, y no del termómetro o la cámara térmica, no es peligrosa, es invisible para el ojo humano y es causada por la radiación infrarroja que genera el calor del cuerpo. 

Esta señal viaja de regreso al dispositivo térmico y es detectada por sus sensores y transformada por su microelectrónica a un valor de temperatura. Este es un biosensor no-invasivo y completamente seguro como cualquier teléfono celular, reloj inteligente o dispositivo con Bluetooth. 

(Foto: Pixabay)

Sin embargo, al inicio de la pandemia de covid-19, por desconocimiento algunas personas tenían temor de que estos termómetros causaran daño cerebral o problemas en la piel, tal vez la creencia se propagó porque algunos termómetros infrarrojos de uso científico o industrial tenían una mira láser* para apuntar con presión a la zona de medición. Pero ahora los termómetros que se usan en comercios y plazas comerciales han suprimido la función del láser para evitar estos temores. 

Como sabemos, si esta temperatura excede drásticamente los 36 °C, es probable que estemos enfermos, y entonces no podamos entrar a un comercio o viajar. Esto casi no sucede, porque nuestra mano es de hecho un biosensor, así que es fácil saber que tenemos temperatura alta con solo tocarnos la frente, por lo que al primer síntoma de covid-19 es mejor ir al médico y seguir sus recomendaciones. 

Los termómetros infrarrojos y cámaras térmicas solo son el primer filtro de bioseguridad, como lo es gel de manos, una medida adicional y necesaria para la prevención de la propagación del covid-19. En otros casos las punciones son requeridas para la aplicación de vacunas y antibióticos y para medir el nivel de azúcar (glucosa) en la sangre con un biosensor llamado glucómetro.

(Foto: Pixabay)

A algunas personas y mascotas les da terror ir al médico o al veterinario; por ejemplo, a mi perro no le gusta que le pongan un termómetro y lo vacunen, para él es mucho estrés. Similarmente ocurre con algunas personas que no les agradan las inyecciones, y aunque las punciones no son agradables, son necesarias para el diagnóstico, prevención y/o cuidado de la salud. 

Pero regresemos al glucómetro, este dispositivo sirve para medir la glucemia o glicemia capilar** y evaluar la concentración de glucosa en una gota de sangre extraída por un pinchazo en la yema de los dedos. 

El termino glicemia o glucemia es cultismo*** de una combinación de palabras griegas: (glykýs) que significa dulce, como en glicerina y glicina; y de hematos (a?µat??), sangre, como en hemofilia. 

El glucómetro usa una lanceta estéril (“extractor”), una tira reactiva (elemento de reconocimiento) y un dispositivo electrónico (transductor) que proporciona la señal (Figura 1a); en este caso el nivel de glucosa (analito, o sustancia a analizar) en sangre, para una persona sana y en ayunas, sus valores oscilan entre 70-100 miligramos de glucosa/decilitro. 

(Figura 1a. Diagrama simplificado del principio de funcionamiento de un glucómetro)

Nota: GO: enzima glucosa oxidasa, GOox: estado oxidado, GOred:estado reducido, Red-Ox: Reacción de oxido reducción.

La parte esencial del sistema es la tira reactiva y es poco conocido qué ocurre dentro; en ella se inmovilizan enzimas específicas que reconocen las moléculas de glucosa, las enzimas son proteínas especializadas que tiene un sitio activo que se acopla selectivamente a la molécula que se quiere reconocer (analito), en el caso del glucómetro es la enzima glucosa oxidasa (GO) que en un inicio está en un estado oxidado (GOox) y que al unirse con la molécula de glucosa en estado reducido llevan a cabo una reacción de oxido-reducción (Red-Ox) que cambia la conformación de la enzima a un estado reducido (GOred) y simultáneamente oxida la molécula de glucosa (1ª reacción Red-Ox). 

Esta reacción produce una transferencia de electrones que puede ser amplificada cuando las enzimas están soportadas sobre elementos metálicos o semiconductores (amplificador); algunas veces estos materiales están en tamaños nanométricos para potenciar aún más la señal eléctrica, cuando en un biosensor existe material nanométrico y un elemento biológico de reconocimiento (la enzima), se le llama nanobiosensor

Los metales y/o semiconductores al recibir los electrones pasan también de un estado oxidado a uno reducido (2ª reacción Red-Ox), generando un flujo de electrones o una pequeña corriente eléctrica que se transfiere por medio de un electrodo (material conductor) al dispositivo electrónico o transductor, que a través de una calibración-equivalencia previa, permiten evaluar la cantidad de moléculas de glucosa que se unieron a las enzimas y equivalente a la señal eléctrica transferida al electrodo y al transductor, que es una especie de calculadora simplificada, que a través de operaciones matemáticas despliegan en la pantalla digital el valor de la concentración de glucosa (mg/dL) que tenemos en la sangre, que es de vital importancia para el control diario de los niveles de glucosa en las personas con diabetes. La Figura 1a resume cómo opera un biosensor de glucosa

(Figura 1b analogía del principio de funcionamiento de un glucómetro con una jugada de beisbol.)

Nota: GO: enzima glucosa oxidasa, GOox: estado oxidado, GOred:estado reducido, Red-Ox: Reacción de oxido reducción.

Una analogía de cómo funciona un glucómetro, la podemos representar con una clásica jugada de beisbol (Figura 1b), donde la lanceta puede ser un bateador con su bat, que golpea la pelota (molécula de glucosa) como una rola hacia el segunda base, que la atrapa con su guante (enzima en estado oxidado) en el receptáculo de la manopla con la forma de la pelota (sitio activo y especifico de enzima), luego “reacciona” rápidamente para lazar la pelota al primera base (enzima en estado reducido), el cual tiene su pie puesto en el cojín de la base (amplificador o elemento metálico o semiconductor) y puede hacer contacto o no con el corredor, el árbitro que la hace de algoritmo que realiza las operaciones matemáticas del biosensor, determina si el bateador llego en safe o out.

El resultado final de la jugada se despliega en el tablero del estadio (pantalla digital del biosensor), que en conjunto (arbitro-tablero) son el elemento transductor del biosensor. En la siguiente entrega se explicará cómo funcionan otros biosensores de importancia en la salud pública

Notas:

*un apuntador láser, no se debe apuntar directamente a los ojos, por ello han sido suprimidos de los termómetros infrarrojos.

**Capilar, se refiere a los vasos sanguíneos más pequeños del sistema circulatorio.

***Cultismo, según la RAE (Real Academia Española), vocablo procedente de una lengua clásica que se toma en préstamo en una lengua moderna y no pasa por las transformaciones fonéticas propias de las voces populares o patrimoniales.

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