Investigadores de la Universidad de Chicago han desarrollado un innovador biosensor cuántico que promete revolucionar el diagnóstico de enfermedades, incluyendo el cáncer, al permitir el seguimiento del crecimiento celular en tiempo real. Este avance se basa en la mejora de las propiedades de los nanocristales de diamante, que tradicionalmente han mostrado un rendimiento inferior en aplicaciones biológicas.
El trabajo, liderado por el candidato a doctorado Uri Zvi y publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, combina conocimientos de biología celular, computación cuántica y tecnología de semiconductores. El equipo ha logrado encapsular nanopartículas de diamante en una capa de siloxano, inspirándose en la tecnología de televisores QLED. Este recubrimiento no solo optimiza las propiedades cuánticas de las nanopartículas, sino que también les permite ser aceptadas por las células vivas sin activar una respuesta inmunitaria adversa.
Mejoras significativas en el rendimiento cuántico
Los sensores cuánticos basados en nanocristales de diamante son altamente sensibles, pero su eficacia se ve comprometida cuando sus dimensiones son reducidas. Mientras que las propiedades cuánticas son excelentes en diamantes de tamaño mayor, en la escala nanométrica, estas se ven drásticamente reducidas. Zvi explicó que los sensores cuánticos necesitan estar dentro de las células para ser efectivos, lo que plantea retos en su diseño.
Inspirados por la tecnología de los televisores QLED, el equipo utilizó un enfoque similar al de los puntos cuánticos, que fueron estabilizados mediante el uso de capas protectoras. Este recubrimiento siloxano no solo mejoró la coherencia del spin de los nanocristales de diamante en un factor de hasta cuatro, sino que también incrementó la fluorescencia y la estabilidad de carga, lo que representa un avance significativo respecto a intentos previos de optimizar estas propiedades.
El profesor Aaron Esser-Kahn, coautor del estudio, enfatizó la importancia de diseñar una capa que no llamara la atención del sistema inmunológico. Las nanopartículas con recubrimiento de siloxano son percibidas por el cuerpo como estructuras más biocompatibles, facilitando su incorporación dentro de las células sin provocar reacciones adversas.
Los hallazgos de este trabajo no solo aportan un sensor más eficaz, sino que también proporcionan un nuevo marco cuantitativo para la ingeniería de la coherencia y la estabilidad de carga en materiales cuánticos. El profesor Michael Flatté destacó que ideas antiguas, cruciales para la tecnología de semiconductores, han demostrado ser relevantes también en estos nuevos sistemas cuánticos, abriendo oportunidades para innovaciones futuras en la investigación y el desarrollo de tecnologías de diagnóstico.
