Caracterización de cristales piezoeléctricos biofuncionalizados para la detección de una biomolécula modelo

Abstract

Los inmunosensores piezoeléctricos son dispositivos que detectan la unión entre las moléculas de antígeno y anticuerpo por medio de cambios de masa en la superficie del transductor, la cual corresponde con cambios en la frecuencia de resonancia del cristal piezoeléctrico modificando la señal de sensado en una forma medible y cuantificable. Estos dispositivos constan de dos partes fundamentales: la interfase biológica, la cual permite la inmovilización de la biomolécula de interés, fundamental para alcanzar la especificidad del evento biológico a detectar y un sistema de transducción que permite sensar, medir y cuantificar los pequeños cambios de masa ocurridos en la superficie del inmunosensor por la unión específica entre el antígeno y anticuerpo. La selección de la metodología para la funcionalización y la caracterización de la superficie bioactiva constituyen procesos esenciales para garantizar la adecuada construcción de la interfase biológica y por lo tanto contribuir en el desarrollo de un biosensor óptimo que cumpla con los parámetros de especificidad, sensibilidad y reusabilidad requeridas. En la actualidad una de las técnicas de inmovilización más estudiadas y usadas para la funcionalización de sustratos de oro es la técnica de monocapas autoensambladas (SAM), por permitir la modificación de estos sustratos mediante monocapas de moléculas inmovilizadas con buenas características de homogeneidad, densidad y orientación; lo cual permite un buen desempeño del método. Sin embargo, variables como homogeneidad y rugosidad afectan la formación de estas monocapas y deben ser controladas y caracterizadas para cada aplicación específica. En el presente trabajo se describe el protocolo propuesto para la construcción y caracterización de la interfase biológica de un inmunosensor piezoeléctrico para la detección de la proteína albumina sérica bovina (BSA), como modelo inicial para la detección de biomarcadores de interés utilizando este biosensor. Se usó la técnica de monocapas autoensambladas mixtas (MSAM) formadas a partir de 11 mercapto-1-undecanol (MUA) y ácido 16-mercaptohexadecanoico (MHDA), en una proporción 50:1 respectivamente, para modificar la superficie del electrodo de oro de un cristal de cuarzo de 10 MHz. La caracterización de la superficie bioactiva se hizo mediante la técnica de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) para conocer la topografía de la superficie y la composición química de la misma, y con esto confirmar las características de homogeneidad, rugosidad y altura de las moléculas de la monocapa obtenida y la presencia de la proteína inmovilizada. Adicionalmente se comparó si existía diferencia entre la metodología de inmovilización propuesta (MSAM) y la tomada de referencia (SAM simples) por medio de ensayos realizados con el biosensor piezoeléctrico (QCM) (March, Manclús, Jiménez, Arnau, & Montoya, 2009). Estos estudios permitieron determinar que, para obtener superficies bioactivas de BSA con las características superficiales y químicas antes mencionadas, la dupla de concentraciones adecuadas de MSAM y proteína es 50 µM y 200 µg/mL, respectivamente; lo que posibilitará la optimización de la técnica de inmovilización en el desarrollo de inmunosensores piezoeléctricos para la detección de biomarcadores, relacionado con un ahorro significativo de reactivos respecto al protocolo de referencia.