Con el fin de tener un método no invasivo e indoloro para el monitoreo de los niveles de glucemia en las personas con diabetes, investigadores de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM) de la UAP desarrollan un biosensor para la detección de acetona con base en el aliento, similar a un alcoholímetro, por lo que con un soplido el usuario tendrá información sobre sus niveles de glucosa en sangre.
El análisis del aliento moderno y sistemático comienza con el estudio realizado por el Premio Nobel en Química en 1954, Linus Carl Pauling, quien reportó alrededor de 250 sustancias presentes en el aliento humano.
El dispositivo desarrollado en la Máxima Casa de Estudios en Puebla utiliza un resonador de cuarzo (un cristal de 8 milímetros de diámetro), al cual se le conectan dos electrodos y encima se deposita una película sensible (orgánica) para la detección de vapor de acetona exhalado en el aliento. Este sistema se conecta a un circuito oscilador, luego a un medidor de frecuencia y de este se procesan las señales en la computadora.
“Su funcionamiento se basa en cambios en la frecuencia de resonancia al ponerse en contacto con la sustancia a detectar, ya que esta se adhiere a su superficie. Midiendo esos cambios de masa (en escalas de nanogramos) podemos saber la concentración de determinado gas”, explica el doctor Severino Muñoz Aguirre, responsable de esta investigación.
La diabetes representa una de las principales causas de muerte en México, la encuesta nacional de salud y nutrición informa que 6.4 millones de personas han sido diagnosticadas como diabéticas. Todas las personas exhalan vapor de acetona, pero aquellas con diabetes emanan una concentración mayor. “Si nosotros detectamos presencia de acetona en la respiración de un individuo, puede existir la sospecha de que padezca diabetes”.
En cuanto a los resultados se detectaron algunas concentraciones de acetona, “pero todavía nos falta caracterizar el comportamiento del sensor, porque uno de los problemas al trabajar con la respiración es que el aire expulsado contiene otros componentes, como vapor de agua, dióxido de carbono y alcoholes”.
El doctor Muñoz Aguirre, miembro del Sistema Nacional de Investigadores del Conacyt, detalla que la siguiente fase de la investigación será perfeccionar la caracterización del biosensor y buscar estrategias para eliminar la detección de moléculas de agua y otras sustancias.
Otras aplicaciones
El desarrollo de sensores para la detección de gases, el diseño de instrumentación y software para manejar el equipo, así como la caracterización de los dispositivos, es una línea de investigación realizada desde 2004 por el Cuerpo Académico Optoelectrónica y Fotónica de la UAP, integrado por los doctores Georgina Beltrán Pérez, Severino Muñoz Aguirre, Juan Castillo Mixcoatl y Víctor Manuel Altúzar Aguilar.
Con el paso de los años, los académicos de la FCFM obtuvieron una base de películas sensibles a utilizar. Dependiendo de su tipo, el sensor cambia sus aplicaciones: descubrir gases, contaminantes atmosféricos, alteraciones en la gasolina o bebidas alcohólicas, así como monitorear la maduración de frutas y de varias enfermedades como cáncer y problemas gastrointestinales.
Igualmente, crearon un medidor de frecuencia cuya patente les fue otorgada en 2018 por el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial. “Se pueden utilizar instrumentos comerciales, pero son caros, aproximadamente un millón de pesos. Por eso, nos dimos a la tarea de desarrollar un instrumento propio diseñado a nuestras necesidades, cuyo costo oscila de 4 a 5 mil pesos y puede medir de 8 a 10 sensores al mismo tiempo”.
Severino Muñoz Aguirre indica que otra de las mejorías de este trabajo fue aumentar la frecuencia de los cristales y, por ende, la sensibilidad de los dispositivos para detectar concentraciones más pequeñas. “En años pasados trabajamos con cristales de 12 MHz, después con cristales de 20 MHz y actualmente con cristales de 30 MHz”. No obstante, trabajar con altas frecuencias implica que el dispositivo es más propenso al ruido electrónico.
Aunque el análisis del aliento es una herramienta útil en la detección temprana y monitoreo de varias enfermedades, es una técnica que aún no se ha explorado intensamente. Por ello, investigadores de la UAP enfocan su trabajo a la fabricación de dispositivos de bajo costo para detectar enfermedades y que estos lleguen a una mayor cantidad de personas.
AFM