Detección de iones con nanodispositivos híbridos
Resultan cada vez más necesarias las tecnologías que detectan contaminantes de forma rápida y económica, en vistas de la escasez de reservas hídricas en el mundo. En el diagnóstico clínico, se necesitan tecnologías económicas e innovadoras para el análisis de electrolitos en las salas de emergencia que permitan detectar rápidamente enfermedades específicas. Para satisfacer esta necesidad, se puso en marcha el proyecto «Hybrid molecule-nanocrystal assemblies for photonic and electronic sensing applications» (HYSENS), que convierte nanocristales inorgánicos y moléculas funcionales orgánicas en materiales inteligentes novedosos que pueden detectar con precisión iones en agua y en matrices de suero artificial. El proyecto tuvo un éxito considerable, como lo atestiguan tres solicitudes de patente, treinta y ocho artículos en publicaciones con comité de lectura y cinco tesis doctorales. La detección más precisa, rápida y rentable de iones importantes ejercerá un importante efecto sobre los procedimientos de diagnóstico analítico inmediato y en los hogares y sobre las aplicaciones de laboratorio y ambientales. Los ligandos orgánicos se diseñaron de forma tal de incluir grupos de anclaje que se unen a los nanocristales inorgánicos y grupos funcionales que forman complejos selectivos con los iones. La formación de complejos (la detección de iones) produjo una lectura óptica o eléctrica transducida por nanocristales inorgánicos. Se produjeron y caracterizaron cuatro clases diferentes de estructuras híbridas inorgánicas-orgánicas. Las entidades asociadas lograron la detección óptica en agua y suero. La detección luminiscente demostró una alta afinidad por los iones de metales pesados como el plomo (Pb2+) y el cobre (Cu2+), estando los límites de detección (LOD) por debajo de 10 y 1 microgramo/litro, respectivamente. El equipo de trabajo también detectó sodio (Na+) con LOD en el rango de miligramos/litro. La detección a base de cambios en la intensidad de la dispersión de las nanopartículas inorgánicas demostró una alta sensibilidad por el mercurio (Hg2+) y el Cu2+. El equipo de trabajo fabricó un sensor óptico con un lector óptico integrado para la lectura de la fluorescencia y la dispersión. Se realizó también la detección electrónica. La detección electroquímica de concentraciones milimolares de potasio (K+) fue posible con transitores electroquímicos orgánicos selectivos por el ión. Se utilizaron transitores con efecto de campo (FET) de alambres nanométricos de silicio para detectar Na+ con LOD de 100 microgramos/litro. Con el alambre nanométrico de silicio FET integrado a las celdas de flujo de microfluidos se detectaron el Na+ y flúor (F-) en agua y suero. La investigación sobre nanosistemas híbridos orgánicos-inorgánicos se produce mayoritariamente en Estados Unidos pese a la pujanza creciente de Asia. El proyecto HYSENS permite fortalecer la posición del mercado europeo, y a largo plazo, contribuye al área de la salud y la seguridad ambiental.
Palabras clave
Nanodispositivos híbridos, detección de iones, estructuras de nanocristal, fotónico, sensores electrónicos
