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Muchas veces parecemos olvidar que la ciencia tiene un papel principal en la tecnología. Un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois han diseño un dispositivo que funciona como accesorio a tu móvil y un software que convierte el smartphone en un espectrofotómetro de alta resolución. Esto permite de manera portátil realizar análisis que en los campos de la bioquímica y la biología molecular son claves como puedes ser funciones tales como detectar toxinas, patógenos y alérgenos.

En la mayoría (por no decir en todos) los laboratorios es muy común contar con uno de estos, pero no es un instrumentos que cualquiera pueda tener en su casa, pues por norma general cuestan cientos o hasta miles de euros, sin embargo con este avance conseguiremos saber con bastante precisión sustancias desconocidas sin el requerimiento de tener que estar en el laboratorio.

Es un instrumento que muchos universitarios y asociaciones diversas pueden querer usar, pues tendrán a su alcance identificar rápida y económicamente una contaminación en el agua, en el suelo o por ejemplo hasta en los alimentos. ¿Os imagináis ir a una cafeteria y ponerse a identificar su estado y componentes? ¿Qué es lo que no podremos hacer con nuestros smartphones?

¿Qué es un espectrofotómetro?

La espectrofotometría es un tema excelente para una clase de ciencias porque ayuda a entender diferentes fenómenos físicos utilizando una sola técnica.Un espectrofotómetro es un instrumento para analizar ópticamente un material. La espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado en los laboratorios de química y bioquímica. Vamos a intentar explicarlo un poco para los menos técnicos. En principio todas las substancian absorben radiaciones de varios tipos, básicamente reciben luz solar (ya sea luz visible, ultravioleta o rayos infrarojos). Dependiendo de la composición y estructura del material el nivel de absorción es distinto. Aquí es donde radica el quit, podemos diferenciar una substancia de otra dependiendo de la tasa de absorción de luz que posee. Todas las sustancias absorben radiaciones de luz del espectro visible, ultravioleta u infrarrojo. La absorción de las radiaciones, depende de la estructura de las moléculas, y es característica para cada sustancia.

Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida. El color de las sustancias se debe precisamente a este efecto. Si alguna vez os habéis preguntado porque el cielo es de color azul es precisamente por eso. Acerca de la difracción y la absorción de luz encontrareis más información en páginas de divulgación sobre física.

beer law

El espectrofotómetro compara la radiación luminosa absorbida o transmitida de la muestra con una de la cual ya conocemos sus cantidades. Siguiendo la Ley de Beer (no confundir con la cerveza!), la cantidad de luz absorbida depende de la concentración en la solución, ya solo tenemos que ir variando la cantidad de soluto para hacer coincidir las dos muestras, una vez ocurre esto podemos contrastar que se trata de la misma substancia, pues como hemos dicho cada material tiene una tasa diferente.

Un pequeño laboratorio por sólo 200 dólares

El dispositivo-accesorio creado por estos investigadores tiene la forma de una estación de acoplamiento, que en principio y de momento solo se encuentro disponible para Iphone. A esta se le acopla con una cierta inclinación un sensor óptico que permitirá analizar la luz absorbida.

Una combinación de lentes y de filtros ópticos se encuentran en el interior del dispositivo. Se incluye un cristal fotónico que refleja una sola longitud de onda de la luz, mientras que el resto del espectro pasa a través del mismo. Si un elemento biológico o bioquímico (proteína, célula, ADN, patógeno) está presente en el cristal fotónico, éste producirá un espectro de luz. Como vemos está enfocado principalmente al análisis de organismos orgánicos.

Las aplicaciones principales que podemos conseguir con un espectrofotómetro son:

  • Determinar la cantidad de concentración en una solución de algún compuesto utilizando las fórmulas ya mencionadas.
  • Para la determinación de estructuras moleculares.
  • La identificación de unidades estructurales especificas ya que estas tienen distintos tipos de absorbancia (grupos funcionales o isomerías).
  • Determinar constantes de disociación de indicadores ácido-base.

Como decimos, siempre enfocado al análisis bioquímico. Para realizar uno, se desliza un porta-objetos de microscopio recubierto con un material fotónico en el cartucho del dispositivo como podemos ver en el video.

La medición la controlaremos desde una aplicación, que activará el sensor de la cámara. De momento no podemos conocer si la calidad de las distintas cámaras afectará enormemente o si está preparado para todo tipo de sensores. La longitud de onda reflejada se materializa bajo la forma de un espacio negro en el espectro. Al medir el grado de cambio la aplicación puede evaluar la cantidad de moléculas en la muestra en sólo un par de minutos.

El precio de la estación de acoplamiento cuesta sólo 200 dólares, y según sus diseñadores los resultados que se consiguen son equiparables a los grandes espectrofotómetros de los laboratorios cuyo precio oscilan los 50.000 dólares. Una diferencia muy grande que unida a la portabilidad puede hacer que los investigadores cambien sus hábitos de análisis al poder llevarse a la naturaleza su propio equipo.

Uno de los investigadores del proyecto, el profesor Brian Cunningham, director del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Universidad de Illinois, cuenta los objetivos que están desarrollando. En primer lugar, puede resultar ideal para efectuar pruebas de las deficiencias en vitamina A y D que puedan afectar a niños y mujeres embarazadas. Para los investigadores también quieren cubrir varios tipos de análisis biológicos, como la detección de secuencias de ADN de bacterias patógenas, detección de toxinas en los cereales cosechados, o la detección del VIH. Análisis comunes en los laboratorios pero que llevados a un terreno más amplio puede hacernos ganar un tiempo muy valioso. 

Próximamente una versión para Android

“También estamos desarrollando una nueva estación para acoplarlas en smartphones Android y un nuevo cartucho para el porta-objetos que facilite nuestras pruebas”, dice el profesor Cunningham, quien está en conversaciones con inversores y empresas interesadas en la comercialización de esta tecnología.

Para el próximo año esperan recibir la financiación necesaria (sino siempre pueden imitar a su competencia y decidirse por un Kickstarter) y sacar al mercado un producto estándard más allá de estos modelos experimentales. De seguro que si consiguen expandir la tecnología a los móviles Android ganarán un atractivo vital que puede abrirles muchas puertas. Si una empresa se decide y se atreve a apoyarles podremos estar por fin un poquito más cerca de tener la ciencia en nuestro bolsillo.

Via CHW