Sensor impeditivo de nanopartículas superparamagnéticas y su aplicación a la cuantificación de psa

Resumen

Esta tesis trata sobre un nuevo método de detección de nanopartículas superparamagnéticas y su aplicación para la detección de entidades biológicas como células o proteínas. La aplicación de los biosensores implica a diversas disciplinas como la biología, la medicina, la química, la física y la ingeniería, siendo por lo tanto ésta una tesis multidisciplinar. Se usaron nanopartículas de óxido de hierro que presentan superparamagnetismo (NPM). Es decir, la energía térmica domina sobre la energía de anisotropía magnética, produciendo que la imanación de cada partícula oscile a muy alta frecuencia. Esto permite que las partículas sean estables en disolución, permitiéndoles interactuar con entidades biológicas. Se funcionalizaron las partículas para conseguir que se adhieran específicamente a un único analito de interés, permitiendo incluso la separación magnética de células cancerígenas. El tema principal de investigación fue la interacción entre nanopartículas superparamagnéticas y sensores alimentados con corriente alterna. Primero se detectaron NPM mediante el cambio que su presencia produce en la impedancia radiofrecuencia (10-110 MHz) de cintas con magnetoimpedanica gigante GMI de composición Co70Fe5Si15B10. Al mismo tiempo, se descubrió que la magnetoimpedancia es una propiedad innecesaria para la detección ya que no existe ninguna correlación entre la sensibilidad al campo de la GMI y la detección de las NPM. Se utilizaron entonces conductores no magnetoimpeditivos, incluso no ferromagnéticos, encontrándose el mismo tipo de variación de la impedancia como respuesta a las NPM. Se concluyó por tanto que el origen de la variación de la impedancia no es la interacción entre los dos materiales, si no la interacción entre NPM y la corriente radiofrecuencia que circula por el conductor. Este descubrimiento redundó en una enorme simplificación del dispositivo experimental (ya que se pudo prescindir del campo aplicado externamente mediante carretes de Helmholtz o bobinas y su correspondiente alimentación), e introdujo la posibilidad de usar las técnicas de impresión de circuitos y pistas de cobre sobre sustrato aislante, con la consiguiente mejora de la robustez del sensor, la reducción del coste de fabricación y la sensibilidad del sistema. En base a los resultados obtenidos en los experimentos realizados en este trabajo, se propone la hipótesis de que la detección de las nanopartículas es debida a la oscilación de sus momentos magnéticos que producirían un campo magnético variable con el tiempo el cual, a su vez, generarían la inducción localizada de corrientes de Foucault en la superficie del conductor. Dichas corrientes interactuarían con la corriente alterna que fluye por el mismo produciendo un aumento de la impedancia medida. Como colofón, se evaluó la capacidad del nuevo sistema de detección de NPM como biosensor de entidades biológicas. Se realizaron inmunoensayos en tiras de flujo lateral tipo sándwich para el antígeno específico de próstata (PSA), utilizando dos anticuerpos monoclonales para el marcaje y la línea de test y un anticuerpo igG para imprimir la línea de control. La cuantificación de los inmunoensayos fue eficaz mediante el sistema de detección en el rango de concentraciones de PSA de interés clínico.