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.
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.
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
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