Biosensores: una plataforma de detección de drogas en papel
Los aparatos electrónicos desechados son una fuente de residuos en rápido crecimiento y alrededor de la mitad de los residuos plásticos de aparatos electrónicos y eléctricos de la Unión Europea (UE) no se reciclan adecuadamente o no se reciclan en absoluto. La electrónica en papel es un área activa de investigación y los primeros productos están empezando a comercializarse. Sin embargo, las propiedades de la superficie del papel convencional no son adecuadas para la electrónica impresa. Suelen necesitarse recubrimientos plásticos, lo que minimiza los beneficios obtenidos. La celulosa, uno de los principales componentes estructurales de las paredes celulares de las plantas verdes y uno de los polímeros más omnipresentes de la naturaleza, podría ser la clave de la electrónica en papel. En el proyecto GREENSENSE, financiado con fondos europeos, se han desarrollado películas, materiales de recubrimiento y tintas a base de nanocelulosa, así como procesos de fabricación semiautomatizados que han dado lugar a novedosas plataformas de biosensores basadas en la celulosa para el análisis de drogas. El consorcio GREENSENSE, formado por diecisiete miembros y con participantes de seis países de la UE, Israel, Jordania y el Reino Unido, combinó conocimientos especializados en ciencia de materiales, física, bioquímica y electrónica. Ayudó al equipo a centrarse no solo en los materiales y procesos para producir componentes electrónicos de nanocelulosa, sino también en el cumplimiento de las normas internacionales sobre electrónica impresa y en la capacidad de ampliar todos los procesos para la producción comercial.
Películas, cartones recubiertos, tintas y componentes electrónicos a base de celulosa
El consorcio produjo varios tipos de nanofibras de celulosa funcionalizadas y nanocristales de celulosa con potencial para producir varias toneladas al año. A partir de estos materiales, se fabricaron películas independientes de nanocelulosa y cartones recubiertos de nanocelulosa con métodos de producción a gran escala, y se caracterizaron sus propiedades. El equipo produjo asimismo una variedad de tintas de nanocelulosa (conductoras, electroquímicas y electrolíticas para pantallas electrocrómicas y aplicaciones de almacenamiento de energía) de hasta 50 kg/lote. Las tintas se caracterizaron según las normas internacionales para la electrónica impresa (IEC 62899). «Aprovechamos nuestros materiales a base de nanocelulosa y nuestras técnicas de producción para el diseño y la fabricación de componentes electrónicos impresos de alto rendimiento: antenas de comunicación de campo próximo, supercondensadores, baterías primarias y pantallas electrocrómicas. Se produjeron más de mil quinientas piezas», señala la coordinadora del proyecto, Sandra Martínez-Crespiera, de Leitat.
Biosensores y plataformas de detección basados en la nanocelulosa
Los trabajos sobre materiales, componentes y procesos basados en la nanocelulosa sirvieron de apoyo al desarrollo de biosensores para detectar drogas mediante una tinta con actividad redox (puede recibir o donar electrones en reacciones redox, lo que favorece la detección electroquímica) y un hidrogel. El rendimiento analítico de los biosensores se confirmó mediante rigurosas pruebas. «En GREENSENSE, se desarrolló un microchip con interfaces para el biosensor de celulosa, la gestión de la energía y una etiqueta de identificación por radiofrecuencia. Esto incluye la posibilidad de recoger energía para cargar los sistemas de almacenamiento de energía conectados y las pantallas. Los biosensores se integraron en plataformas de biodetección fabricadas a gran escala (hasta 75 unidades) mediante procesos semiautomatizados en sustratos de aproximadamente 300 x 350 mm2 (8 plataformas/hoja)», explica Martínez. Las plataformas se sometieron a pruebas mecánicas, de adherencia y envejecimiento según las normas internacionales (IEC 62951) y se creó una aplicación para teléfonos inteligentes que permite un manejo sencillo. Martínez resume: «A diferencia de los kits de plástico convencionales para el análisis cualitativo de orina, la plataforma portátil de biosensores GREENSENSE para drogas utiliza tintas y componentes electrónicos de nanocelulosa y almacena datos numéricos. Las plataformas nos permitirán vigilar mejor los comportamientos ilegales y potencialmente peligrosos, tanto para las fuerzas del orden como en los hogares y las escuelas, mediante el uso de un papel reciclable».
Palabras clave
GREENSENSE, nanocelulosa, celulosa, electrónica impresa, biosensores, drogas, residuos de aparatos electrónicos y eléctricos, detección electroquímica
