Biosensores para la vigilancia medioambiental

La necesidad de sistemas rápidos de detección

En los últimos años el desarrollo de nuevas tecnologías para la detección rápida está teniendo un gran impacto en el diagnóstico clínico, en las industrias farmacéuticas, alimentaria y también en el control de la calidad ambiental. La necesidad de realizar controles rápidos, en estos sectores, junto con la evolución de la electrónica, las telecomunicaciones y la posibilidad de miniaturización de todas estas tecnologías están haciendo posible el desarrollo e implementación de nuevos sistemas de detección como los biosensores, que mejoren los diagnósticos realizados habitualmente en el laboratorio aportando mayor rapidez y fiabilidad a los ensayos.

La contaminación ambiental es uno de los principales problemas del mundo actual. En los últimos años ha aumentado el número de legislaciones ambientales que controlan la liberación y los niveles de ciertas sustancias químicas en el medio ambiente, lo que ha creado una creciente necesidad de herramientas eficaces de control de estas sustancias en el aire, el suelo y en especial en el agua. Las técnicas analíticas convencionales, aunque muy precisas, sufren de las desventajas de alto coste, la necesidad de personal entrenado y el hecho de que en su mayoría es necesario transportar la muestra al laboratorio para poder obtener un resultado final. Los biosensores, debido a su especificidad, los tiempos de respuesta rápidos, bajo costo, portabilidad, facilidad de uso y una señal continua a tiempo real, presentan muchas ventajas para poder cumplir con las legislaciones vigentes de una forma fiable y sencilla ofreciendo al diagnóstico ambiental mayor rapidez en la toma de decisiones. El reconocimiento precoz de estos contaminantes evitará posibles daños a las matrices ambientales analizadas. Lo ideal sería que las señales de alerta temprana también proporcionaran respuestas para el desarrollo de estrategias de control y medidas preventivas.

Biosensores y medio ambiente

En los últimos 4-5 años ha habido un aumento en el número de publicaciones relativas al desarrollo de biosensores para la vigilancia ambiental, especialmente en el campo de las mediciones de plaguicidas (1). Cada vez más el número de proyectos subvencionados, tanto en convocatorias nacionales como en internacionales, ya sean medio ambientales o de nuevas tecnologías, “smart cities”, etc., versan sobre el desarrollo de biosensores para la detección y monitoreo de contaminantes medioambientales. Relacionados con el medio ambiente, se han desarrollo y comercializado diferentes tipos de biosensores para la detección “in situ” de metales pesados, bifenilos, policlorados, organofosforados, fenoles hibrocarburos aromáticos policíclicos plaquicidas, THM. También se han desarrollado diferentes sistemas de detección de microorganismos patógenos tales como Eschechica coli o Legionella. Muchos de ellos están todavía en fase de validación pero algunas propuestas son prometedoras y se espera que cumplan los requisitos necesarios para ser implementados de forma rutinaria en la detección de estos microorganismos a tiempo real (2).

Datos económicos

Es considerable el crecimiento de nuevas tecnologías como los biosensores que se aplican a la detección de variables biomédicas.  Actualmente la mayor aplicación de estos sistemas se encuentra en el campo clínico e ingresa alrededor de 10.000 millones de dólares anuales. Además se espera que la tendencia sea alcista, superando los 16.000 millones dentro de 3 años (3). Sin embargo, el desarrollo de estos sistemas de detección en biomedicina, se tiene que enfrentar a un mercado fuertemente competitivo y cerrado, donde las compañías grandes, que patentan sus dispositivos, tienen el monopolio y no permiten la fácil inclusión de otros sistemas, además, en el caso de la clínica, los sistemas de detección tienen que pasar los requerimientos legales para poder ser aplicados al ser humano. El desarrollo y la comercialización de biosensores para aplicaciones en la industria alimentaria o medio ambiental, puede ser mucho más rápido ya que no deben seguir las implicaciones legales por tener que ser aplicadas al ser humano y no hay grandes empresas que monopolicen el mercado. Sin embargo,  estos sectores se enfrentan con las legislaciones vigentes, que marcan, en muchos casos, las directrices sobre las metodologías que deben ser aplicadas para los controles de calidad. La inclusión de estas nuevas tecnologías, como regla general, tardará tiempo en introducirse en esas legislaciones, por lo tanto este aspecto podría ralentizar su implementación de forma rutinaria en los diferentes controles de calidad. A pesar de estas limitaciones se espera un gran aumento de utilización de biosensores en medio ambiente y alimentación.

Dada la gran interdisciplinaridad de esta línea de investigación, la colaboración entre grupos de trabajo de áreas tan alejadas como la biotecnología, la síntesis orgánica, la química analítica, la microelectrónica, el diagnóstico, la informática y las empresas potencialmente usuarios de dicha tecnología, es fundamental para que el desarrollo y la aplicación de estas tecnologías llegue a buen término y puedan desarrollarse productos competitivos que atiendan las necesidades del mercado.

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Referencias:

(1) Rogers, K.R. and Gerlach, C. L. (1996). Environmental Biosensors: A status report. Environ.Sci.Technol. Vol. 30, 486A-491A.

(2) López Roldan R, Tusell P, Courtois S, Cortina JL (2013). On-line bacteriological detection in water. TrAC Trends in Analytical Chemistry; 44: 46-57.

-         (3) Thusu, R. (2010). “Strong growth predicted for biosensors market”, Frost & Sullivan Sensors.