Un nuevo biosensor capaz de generar su propia energía, detecta y elimina bacterias para potabilizar el agua

El biosensor utiliza una célula de biocombustible basada en enzimas, anticuerpos llamados aptámeros y un mecanismo de eliminación de bacterias para que la descontaminación del agua sea más rápida y sencilla.

Publicado originalmente por Christopher McFadden en interestingengineering.com el 2 de Marzo de 2025

            Imagen de archivo de un biosensor.                        grechina/iStock

Un equipo de investigadores ha desarrollado un nuevo biosensor capaz de generar su propia energía, que puede detectar la bacteria Escherichia coli (E. coli) en el agua potable y destruirla in situ. Este descubrimiento podría tener enormes ramificaciones para el suministro de agua potable segura en todo el mundo.

Los métodos tradicionales, como el cultivo o la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), requieren mucho tiempo y trabajo. También requieren equipos especializados y personal cualificado.

Los biosensores (dispositivos que utilizan organismos vivos o moléculas biológicas) son más rápidos, pero suelen necesitar fuentes de energía externas para funcionar. También tienen la molesta tendencia a degradarse con el tiempo. El nuevo sensor, sin embargo, resuelve muchos de estos problemas desplegando tres componentes principales para generar su propia energía.

Tres componentes

El primero, una célula de biocombustible enzimático (EBFC), proporciona energía al sensor utilizando enzimas para generar electricidad a partir de reacciones bioquímicas. Utiliza glucosa oxidasa (GOx) para descomponer la glucosa, produciendo electrones (electricidad) y peróxido de hidrógeno. Sin embargo, esta enzima pierde estabilidad con el tiempo.

Para solucionarlo, el equipo la encapsuló en un marco metálico-orgánico (MOF) hueco llamado ZIF-8, que la protege de daños con el tiempo y mantiene su eficacia y estabilidad en distintas condiciones.

El segundo es el uso de anticuerpos llamados aptámeros en el biosensor. Estas cadenas cortas de ADN pueden unirse específicamente a partes externas de E. coli. Según el equipo, los aptámeros se unen a nanopartículas de plata (AgNPs) que bloquean la llegada de glucosa a la enzima hasta que se detecta la E. coli.

 

Cuando E. coli está presente, el aptámero se une a ella, desencadenando una reacción en la barrera de sílice, permitiendo que la glucosa llegue a la enzima. La reacción de oxidación produce electrones, generando una señal eléctrica que confirma la presencia de bacterias.

El tercer componente es un mecanismo de eliminación bacteriana que mata cualquier célula de E. coli que encuentre el sensor. Para ello se utiliza una dosis específica de peróxido de hidrógeno, un subproducto de la célula de biocombustible del sensor. Esto oxida las nanopartículas de plata, liberando iones de plata (Ag+) famosos por sus propiedades antibacterianas. Son tan eficaces que pueden eliminar el 99,9% de las bacterias en pocas horas.

Eficaz y estable

Los investigadores informan de que el nuevo sensor también es muy sensible y es capaz de detectar E. coli a concentraciones extremadamente bajas (3 UFC/mL). Además, incorpora un mecanismo de ensamblaje catalítico de horquillas (CHA) que amplifica la señal formando estructuras de ADN de doble cadena que mejoran la lectura eléctrica.

En las pruebas realizadas, el nuevo biosensor diferenció con éxito E. coli de otras bacterias como Staphylococcus aureus y Salmonella. También se comprobó que seguía siendo funcional en múltiples usos, incluso días después de ser almacenado. Tras probarlo en muestras reales de agua de mar, mostró una precisión de detección de entre el 91,06% y el 101,9%, conservando una funcionalidad del 90% tras cinco ciclos de uso.

Es importante señalar que, aunque los resultados son prometedores, el estudio también plantea dudas sobre la escalabilidad y la utilidad a largo plazo. Por ejemplo, los iones de plata, aunque son eficaces para matar bacterias, pueden acumularse en el medio ambiente y dañar a los microbios beneficiosos. Por ello, en el futuro habrá que estudiar mecanismos de liberación controlada que minimicen el impacto ambiental y preserven la eficacia antimicrobiana.

El estudio se ha publicado en la revista Advanced Functional Materials.

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