BIOSENSOR LÁSER DETECTA CONTAMINANTES EN EL AIRE
05 noviembre 2022
J. Alberto Castro
Columnas

BIOSENSOR LÁSER DETECTA CONTAMINANTES, BACTERIAS Y VIRUS EN EL AIRE

“Mejorar el acceso a la información y optimizar la vida de las personas”.


La mala calidad del aire es un problema ambiental cada vez más serio por los riesgos de salud que acarrea. La OMS advierte que en el aire que respiramos en la mayoría de las grandes ciudades hay una sobrecarga de partículas PM10 y PM2.5, que provocan enfermedades respiratorias y cardiacas: muerte prematura por infartos de miocardio, asma agravada, función pulmonar reducida, síntomas respiratorios aumentados, como irritación en las vías respiratorias, tos o dificultad para respirar.

Se calcula que en México la contaminación del aire causa unos 48 mil fallecimientos anuales prematuros.

A esto último hay que agregar las enfermedades contagiadas por aire, como Covid-19, influenza, tuberculosis, difteria, sarampión, paperas, varicela y resfriado.

La ciencia no puede darle la espalda a una realidad tan urgente, por lo que muchos grupos de investigación aportan conocimientos y soluciones tecnológicas para reducir la contaminación. Entre otras herramientas buscan innovar en el campo de los distintos tipos de sensores de calidad del aire.

Mediante rayos láser, investigadores de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) del IPN detectan el movimiento para determinar la presencia y la concentración de partículas orgánicas en la atmósfera (entre ellos virus, bacterias y contaminantes) que afectan la salud del ser humano.

Inventado por el doctor Carlos Torres Torres, profesor de ESIME, el sensor para detectar nanopartículas en la atmósfera es una herramienta de nueva tecnología que toma información del mundo físico y la transforma en datos almacenables y procesables para coadyuvar a la modificación de las rutinas cotidianas, así como al incremento del confort en diversos entornos y al cuidado de la salud.

En entrevista con Vértigo el experto en Física Experimental anticipa que el dispositivo —con el tamaño de una cámara deportiva— que monitorea la atmósfera que se respira se podrá colocar en consultorios médicos y centros hospitalarios para medir la calidad del aire y calcular la concentración de los agentes patógenos, lo que ayudará para ajustar las medidas sanitarias.

En la fabricación de ciertos componentes y en la investigación científica se requieren espacios limpios. Estos lugares necesitan un ambiente controlado, con un bajo nivel de contaminantes, el cual se especifica por el número de partículas por metro o pie cúbico y una densidad determinada de partículas como polvo, microbios transportados por el aire, aerosoles y vapores químicos.

Casi siempre se debe acudir con especialistas internacionales para montar estos espacios libres de contaminantes, virus y bacterias siguiendo metodologías únicas y apegándose a las rigurosas normas oficiales en la materia. La gran noticia es que con este dispositivo se podrá efectuar ese proceso, porque valora de manera eficiente la concentración de agentes contaminantes.

El biosensor de tecnología láser del IPN tendría incluso múltiples aplicaciones para mejorar el acceso a la información y optimizar la vida de las personas. Una de ellas es incorporarla como App a los relojes inteligentes, que tienen la capacidad de medir las pulsaciones y contar el número de pasos de los usuarios. La aplicación alertaría, con base en la concentración de contaminantes, sobre la conveniencia o no de realizar actividad física al aire libre y la hora más adecuada para ejercitarse.

Aportación

De acuerdo con el científico, el alto grado de sensibilidad del sensor permitirá estudiar la dinámica atmosférica para conocer la evolución de los agentes contaminantes y patógenes contenidos en el aire que respiramos.

“Los agentes se conforman por partículas nanométricas, cuya dinámica de desplazamiento implica giros similares a los de los cuerpos celestes. Al descender forman una figura geométrica similar a una espiral. Su movimiento se regula mediante la temperatura y la propagación del calor, que las hacen caer hacia un lugar frío, igual que como nosotros caemos hacia la fuerza de gravitación”, profundiza.

Para crear el prototipo del sensor con base en un modelo de alta sensibilidad los investigadores del IPN tomaron como principio la teoría del caos en vista de que la trayectoria, precipitación y movimiento de las partículas en estudio no es lineal, sino inestable.

El sistema que ideó el docente politécnico funciona de acuerdo con las condiciones ambientales por medio de un fotodiodo sensible a la incidencia de la luz pulsada, la cual se enciende y apaga a partir de la cantidad de partículas presentes en la atmósfera.

Cuenta Torres que las muestras se inspeccionan con una señal emitida por un rayo láser, que se enciende y apaga de forma intermitente conforme a la programación de atractores caóticos. Esto ofrece una alta sensibilidad que es única en cada medición.

Igualmente, subraya que en el momento en que aparecen o desaparecen las partículas se activa el sistema y desde el fotodiodo se envían datos a la computadora para interpretar resultados.

“Luego del proceso de intermitencia, dependiendo de la figura que se forme sabemos si hay presencia o ausencia de partículas. Al adaptar al sistema nanopartículas plasmónicas (estructuras metálicas nanométricas que se comportan como nanoantenas de luz) se genera una señal para identificar si un virus está activo o inactivo”, comparte.

En 1977 el cineasta y productor George Lucas puso en las grandes pantallas La guerra de las galaxias y presentó como parte de la ficción la tecnología láser. Evidentemente, las espadas de los caballeros Jedi no representaban un peligro real, pero la tecnología en la cual se inspiraron se sumó al imaginario colectivo mundial.

Hace 62 años Theodore Maiman construyó el primer dispositivo láser y ahora esta tecnología ha supuesto una revolución en el sector salud porque se utiliza en cirugía de ojos, por ejemplo; para tratamiento de cataratas en personas mayores; para eliminar piedras en el riñón y en el tratamiento de algunos tipos de cáncer, sobre todo cuando se encuentran en etapas muy tempranas.

Además de la multitud de aplicaciones de todo tipo es muy interesante que esta fuente de luz tenga un nuevo uso en un biosensor de alta sensibilidad para detectar nanopartículas en la atmósfera, porque hablamos de una aportación tecnológica que incidirá en el mejoramiento de la salud y el conocimiento cotidiano de la calidad del aire que respiramos en el hogar, la oficina o la escuela.

Una luz muy versátil

Las aplicaciones científicas del láser son muy variadas. Las mismas se pueden encontrar en cualquier sector de la sociedad actual. Incluyen campos tan dispares como electrónica de consumo, tecnologías de la información, análisis, métodos de diagnóstico en medicina, así como el mecanizado, soldadura o sistemas de corte en sectores industriales y militares.

En la actualidad se ocupa como una herramienta de diagnóstico y para la identificación de sustancias químicas.

También es efectivo en la depilación permanente, la eliminación de várices, problemas capilares, eliminación de manchas, rejuvenecimiento, eliminación de arrugas, mejoría de la flacidez, remodelado del contorno corporal y tratamiento de cicatrices.

La medición de distancias con alta velocidad y precisión es otra de las aplicaciones del láser. Por ejemplo, para el cálculo de la distancia entre la Luna y la Tierra (384.403 km), con un margen de error de solo un milímetro.