Investigadores de la Universidad de Tsukuba, en Japón, han desarrollado un nuevo material que optimiza la capacidad de los biosensores para aprovechar el poder de las enzimas de manera más eficaz. Este avance no solo mejora la eficiencia de las reacciones químicas, sino que también aumenta la estabilidad a largo plazo de las enzimas en biosensores electroquímicos utilizados en el ámbito sanitario y en otras aplicaciones. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Materials Horizons.
Las enzimas desempeñan un papel fundamental en las reacciones químicas que se producen en el cuerpo humano y en la naturaleza. Sin embargo, uno de los grandes desafíos en su aplicación en dispositivos electrónicos, como los sensores, es facilitar un intercambio eficiente de electrones entre las enzimas y los electrodos, un obstáculo que ha persistido con las tecnologías convencionales.
Innovaciones tecnológicas en el aprovechamiento de enzimas
El equipo de investigación ha abordado este problema mediante el uso de un material especial conocido como marcos orgánicos metálicos (MOFs). Estos marcos son una combinación de metal y enlaces orgánicos que forman una estructura cristalina porosa, comúnmente utilizada en la adsorción y separación de gases, entre otros campos.
Sin embargo, los MOFs son inherentemente inactivos en redox y presentan una baja conductividad eléctrica. Para superar estas limitaciones, los investigadores modificaron la estructura de los MOFs con materiales que facilitan la conducción de electrones y permiten reacciones redox específicas, conocidos como mediadores redox. El material modificado actúa como un «cable», permitiendo un intercambio eficiente de electrones entre la enzima y el electrodo.
Además, el diseño de los MOFs proporciona un acceso fácil a los sitios activos de las enzimas, lo cual es crucial. Un aspecto importante de este avance fue la ingeniería de una estructura a nanoescala adecuada y la implementación de una estrategia eficaz de inmovilización para retener la enzima en la superficie del electrodo. Este enfoque reduce el riesgo de pérdida de enzimas, lo que podría llevar a mediciones inexactas.
Esta estrategia innovadora permite realizar mediciones altamente eficientes y estables a largo plazo en biosensores basados en enzimas. Las aplicaciones futuras de este descubrimiento tienen el potencial de impactar en diversas áreas, como el diagnóstico de enfermedades, la monitorización ambiental y la tecnología energética sostenible. El equipo de investigación confía en que su trabajo no solo contribuirá al avance científico, sino que también mejorará la calidad de vida de las personas.
Más información: Muhammad Rezki et al, Rational design of redox active metal organic frameworks for mediated electron transfer of enzymes, Materials Horizons (2024). DOI: 10.1039/D4MH01538J
Fuente: Universidad de Tsukuba
