Complutecno: Sensores

SENSORES QUÍMICOS Y BIOSENSORES SOBRE FIBRA ÓPTICA

Descripción:

Fig. 1: Fig. 1: Sensor luminiscente sobre fibra óptica
fabricado en la Univeridad Complutense de Madrid.

De la unión entre los avances químicos y tecnológicos en las áreas del diseño y síntesis molecular, la fotoquímica, la espectroscopía analítica, las ciencias de materiales y la tecnología de telecomunicaciones han surgido los modernos sensores químicos sobre fibra óptica, dispositivos capaces de monitorizar en tiempo real, en continuo e in situ la concentración de una especie de interés.

¿Cómo funciona?:

Un instrumento que utiliza un sensor de esta naturaleza (fig. 2) consta de una fuente luminosa, cuya radiación (frecuentemente monocromada) se lanza al interior de una fibra óptica bifurcada. Ésta lleva la luz hasta el extremo sensible, -el "corazón" del dispositivo-, que contiene un indicador apropiado (capa reactiva) inmovilizado en un soporte polimérico.

Alguna propiedad óptica (absorción, reflectancia, fluorescencia, índice de refracción, etc.) de esta capa experimenta un cambio medible al producirse la interacción (selectiva) con el analito de interés; de esta forma, la radiación óptica modificada se guía nuevamente vía fibra óptica a un detector de luz, cuya señal eléctrica se amplifica convenientemente y se registra analógica o digitalmente. Una calibración apropiada permite realizar en continuo, in situ y en tiempo real la medida de la concentración de la especie química objetivo.

Fig. 2: Componentes básicos de un sensor químico de fibra óptica (F: selectores de longitud de onda; D: detector fotónico). En la microfotografía aparece una capa fluorescente indicadora sensible al oxígeno y, a la izquierda, un esquema de la medida de oxígeno (disuelto) por desactivación colisional de la fluorescencia del indicador inmovilizado.

En el caso de un biosensor, el transductor óptico situado en el extremo sensor se cubre con una capa que contiene una biomolécula (enzima, anticuerpo, etc.) capaz de reconocer específicamente el analito de interés. Como resultado de la interacción biomolécula-analito se produce una reacción química que produce o consume la especie monitorizable con el transductor óptico que, convenientemente calibrado, permite cuantificar así la diana química.

Ventajas:

Las ventajas de la monitorización por fibra óptica sobre los sensores alternativos (e.g. los electrodos de referencia son innecesarios, la ausencia de interferencias y riesgos eléctricos, la fácil miniaturización, la posibilidad real de transportar una mayor densidad de información a través de un conductor óptico y su robustez, unido a la posibilidad de monitorizar analitos para los que no se dispone actualmente de sensores o hacerlo a un precio competitivo) pueden determinar, sin duda, un cambio en el panorama tecnológico medioambiental, en el control de procesos industriales, la biotecnología y la química clínica.

¿Dónde se ha desarrollado?:

Esta tecnología ha sido desarrollada por un grupo de investigación multidisciplinar de los departamentos de Química Orgánica y Química Analítica de la Facultad de CC. Químicas. Este equipo lleva ya varios años involucrado en un ambicioso proyecto que se extiende desde el diseño molecular y la preparación de "sondas" luminiscentes específicas, hasta la fabricación, ensayo y aplicación in situ de los sensores de fibra óptica que utilizan indicadores fotónicos diseñados y preparados "a medida" del analito objetivo.

De esta manera, hemos desarrollado ya con éxito sensores ópticos para la monitorización de oxígeno, temperatura, dióxido de carbono, pH, hierro, sulfuro, alcoholes, humedad relativa, DBO, detergentes, glucosa y colesterol (varios de ellos ya patentados).

Asímismo, hemos ensayado ya la aplicación de algunos de ellos a la tecnología de alimentos, el control de procesos industriales y, más recientemente, al análisis y seguimiento de especies químicas de interés medioambiental. Estos desarrollos han sido llevados a cabo mediante la financiación regional, nacional y europea de diversos proyectos de investigación, asi como mediante la firma de contratos de investigación con varias empresas, entre las que cabe destacar Repsol, Grupo Interlab, S.A. y Physical Optics Corp. (California).

[más información sobre el departamento y el grupo de investigación]

Y además:

Nuestro equipo investigador puede prestar los siguientes servicios a empresas y administraciones:

• Desarrollo de sensores y biosensores específicos para el control in situ, en contínuo y en tiempo real de parámetros químicos basados en tecnología de fibra óptica.
• Diseño, síntesis y caracterización fotoquímica de indicadores ópticos para la medida de parámetros químicos de interés medioambiental, industrial o biotecnológico.
• Marcadores fluorescentes a medida para control de calidad, trazadores y biotecnología (ácidos nucleicos, proteinas y células intactas). 
• Desarrollo de métodos espectroscópicos y fotoquímicos para el análisis químico y biológico. 
• Aplicación de sensores y biosensores ópticos al control de parámetros de calidad de aguas y atmósferas y al control de procesos industriales: proyectos de monitorización "llave en mano".