Autodiagnóstico de sodio en el punto de atención, de bajo costo y habilitado con nanotecnología, desde la comodidad de su hogar

Autodiagnóstico de sodio en el punto de atención, de bajo costo y habilitado con nanotecnología, desde la comodidad de su hogar


26 de abril de 2022

(Proyector de Nanowerk) Investigadores de la Universidad Central de Kerala, India, han desarrollado una prueba de punto de atención portátil, rápida y económica para el diagnóstico clínico de sodio que utiliza un sensor colorimétrico impreso en papel basado en nanopartículas de cobre funcionalizadas con curcumina.

El sodio es un electrolito vital presente en todos los fluidos corporales y juega un papel crucial en el mantenimiento de la función corporal normal, incluida la función nerviosa y muscular. También se le conoce como sodio o Na+.

Los electrolitos son minerales que llevan una carga y están presentes en los fluidos corporales. El sodio, junto con otros electrolitos, ayuda a que las células funcionen normalmente y ayuda a regular el equilibrio de líquidos (agua y electrolitos) en el cuerpo. Estimula la contracción muscular y mantiene un equilibrio ácido-base estable en la sangre y las células de los tejidos.

El nivel bajo de sodio en la sangre (hiponatremia) es común en los adultos mayores, particularmente en aquellos que están hospitalizados o viven en centros de atención a largo plazo. Los signos y síntomas de la hiponatremia pueden incluir alteración de la personalidad, letargo y confusión. La hiponatremia severa puede causar convulsiones, coma e incluso la muerte.

La medición del sodio en la sangre se usa para determinar la causa y monitorear el tratamiento en personas con deshidratación, edema o una variedad de síntomas. Los niveles de sodio en la sangre son anormales en muchas enfermedades, especialmente cuando el paciente tiene síntomas de enfermedades que afectan el cerebro, los pulmones, el hígado, el corazón, los riñones, la tiroides o las glándulas suprarrenales.

El síntoma más grave de un nivel alto de sodio en la sangre, la hipernatremia, es el resultado de una disfunción cerebral. La hipernatremia grave puede provocar confusión, espasmos musculares, convulsiones, coma y la muerte. Asimismo, el diagnóstico periódico de la concentración de sodio en la orina excretada puede ayudar a detectar enfermedades cardiovasculares e hipertensión arterial.

Las pruebas en el punto de atención (POCT) son análisis y diagnósticos portátiles, rápidos y económicos en la atención médica moderna. Son una desviación radical de las técnicas de laboratorio clínico tradicionales hacia métodos de diagnóstico propios o de cabecera que se pueden realizar sin técnicos experimentados.

La mayor ventaja de las POCT es que pueden realizarse rápidamente y pueden ser realizadas por personal clínico que no esté capacitado en procedimientos de laboratorio clínico. Los resultados rápidos de las pruebas pueden proporcionar al médico y a otro personal clínico respuestas que pueden ayudar rápidamente a determinar un curso de acción o tratamiento para un paciente.

Los niveles de sodio en la orina generalmente se analizan en personas con niveles anormales de sodio en la sangre para determinar si un desequilibrio se debe a la ingesta o pérdida de demasiado sodio. El sodio en la orina también se usa para ver si una persona con presión arterial alta está comiendo demasiada sal. Esta prueba a menudo se usa en personas con pruebas renales anormales para ayudar al médico a determinar la causa de la enfermedad renal, lo que puede ayudar con el tratamiento.

Iones como el ion potasio (K+), Me gusta2+ y zinc2+ molesta el pozo+ en la prueba convencional, que representa un gran obstáculo en la detección de sodio.

Se utilizan varios métodos, como electrodos selectivos de iones y cromatografía iónica, para determinar el sodio presente en la orina, que son muy precisos y no tienen errores. Sin embargo, estos son métodos costosos, el proceso de prueba lleva mucho tiempo, alrededor de 24 horas, y la cantidad de muestra requerida es relativamente grande.

Por el contrario, las tiras reactivas a base de papel son más cómodas de usar, asequibles y proporcionan resultados rápidos.

En este contexto, también se están desarrollando varios enfoques basados ​​en nanopartículas para detectar la concentración de iones de sodio en los fluidos corporales. Sin embargo, los iones de interferencia son un obstáculo importante en la detección de iones. En el caso de la detección de iones de sodio, iones como K+miligramos2+ y zinc2+ causar grandes interferencias que son imperceptibles con la detección colorimétrica basada en nanopartículas.

Se están realizando amplias actividades de investigación sobre nuevas tecnologías de sensores, como tiras de flujo lateral y almohadillas microfluídicas para la detección temprana de enfermedades. Entre las tecnologías de detección emergentes, la detección colorimétrica es de suma importancia ya que es un método simple, económico y confiable adecuado para la detección visual.

La presencia de iones metálicos, proteínas, aminoácidos y biomarcadores específicos se puede detectar mediante sensores colorimétricos. También se pueden usar tiras a base de papel, que son económicas y fáciles de usar en dispositivos de pacientes para aplicaciones de diagnóstico y emergencia.

La técnica de detección colorimétrica implica cambios de color que permiten detectar analitos rápidamente a simple vista y sin el uso de un instrumento complicado. Esto proporciona un mecanismo de detección simple pero poderoso que es muy adecuado para el desarrollo de sensores de bajo costo y bajo consumo.

En general, el mecanismo de detección se basa en la interacción molecular (fuerzas de atracción o repulsión entre las moléculas y entre los átomos libres) entre los analitos específicos y la superficie de la nanopartícula decorada con tensioactivos adecuados. Como sistemas sin etiquetas, las nanopartículas tienen propiedades de sensor biológico o químico eficientes. La disponibilidad de las mejores nanoestructuras de metal coloidal con superficies cuidadosamente diseñadas hace que la detección esté dotada de una alta selectividad y sensibilidad.

Dependiendo de su tamaño y forma, las nanoestructuras metálicas poseen propiedades notables, que incluyen propiedades catalíticas, ópticas, eléctricas y químicas; por lo tanto, son excelentes candidatos como sensores para aplicaciones ópticas, catalíticas y varias otras aplicaciones funcionales. Poseen propiedades estructurales y ópticas únicas, que incluyen efectos de tamaño cuántico, resonancia de plasmones superficiales (SPR), junto con una gran relación superficie-volumen, lo que los hace ideales para una amplia gama de aplicaciones de materiales.

Recientemente, las nanopartículas metálicas se han utilizado para aplicaciones biomédicas que incluyen biodetección, inmunoterapia, administración de fármacos, medicina regenerativa, bioimagen y cicatrización de heridas.

Entre las nanopartículas metálicas, las nanopartículas de cobre (Cu NP) han surgido como candidatas prometedoras para aplicaciones biomédicas, especialmente biodetección, debido a los espectros de resonancia de plasmones de superficie visible (SPR) y propiedades de fluorescencia con rendimientos cuánticos favorables.

Las nanopartículas son fácilmente propensas a la oxidación superficial ya que los óxidos de cobre son más estables en la atmósfera. Por lo tanto, en general, los métodos sintéticos que utilizan modificadores de superficie eficientes son más atractivos para prevenir la oxidación de las NP de Cu. Los surfactantes o ligandos como el ácido cítrico, el glutatión y la cisteína se usan comúnmente para proteger la superficie de las nanopartículas metálicas, especialmente las NP de Cu. Estas NP de Cu modificadas en la superficie tienen un gran potencial para fabricar tiras de sensores colorimétricas y basadas en fluorescencia.

En el presente estudio (Informes científicos“Desarrollo de un sensor colorimétrico impreso en papel basado en nanopartículas de Cu-curcumina para el desarrollo del diagnóstico clínico de detección de sodio en el punto de atención. Representación esquemática de la formación de nanopartículas de Cu recubiertas de curcumina Representación esquemática de la formación de NP de Cu recubiertas de curcumina (CuC). (Imagen: Adaptado de Scientific Reports, Springer Nature)

La curcumina es el componente activo de la cúrcuma con un color amarillo claro. En el presente estudio, los investigadores utilizaron curcumina para proteger las NP de Cu de la oxidación y la aglomeración. Observaron que el sistema sensor hecho de CuC muestra una alta selectividad para la detección y cuantificación de Na+ iones

En este trabajo se fabricaron tiras sensoras de sodio a base de papel y se encontró que la detección visual de Na+ es posible con el mismo sistema en el rango fisiológico. Utilizando una técnica de reducción química, los investigadores sintetizaron nanoclusters de 3 a 9 nm que consisten en nanopartículas de cobre puro muy estables cuya superficie se funcionalizó con curcumina. Imagen TEM de NP de Cu cubiertas con curcumina (CuC).  El recuadro muestra la jaula de curcumina y el núcleo interno. Imagen TEM de NP de Cu cubiertas con curcumina (CuC). El recuadro muestra la jaula de curcumina y el núcleo interno. (Imagen: Adaptado de Scientific Reports, Springer Nature)

Cada nanogrupo de partículas está encapsulado con una capa de curcumina que es claramente visible en las imágenes TEM. Los investigadores encontraron que estas NP de Cu funcionalizadas con curcumina (CuC) son altamente selectivas para la detección colorimétrica de Na+. Los iones como K+miligramos2+ y zinc2+ no me importó eso+ en esta tecnología de sensores.

En este trabajo, se fabrican y calibran tiras de sensores de papel de bajo costo para la determinación de sodio en el rango fisiológico, y se desarrollaron mapas de color como una guía calorimétrica para estimar Na+lo que la convierte en la plataforma ideal de diagnóstico en el punto de atención.

Los autores demuestran que la tira de papel CuC propuesta se puede utilizar para detectar Na+ Concentración en todo el rango fisiológico tanto en suero sanguíneo como en orina. Por Yashwant Mahajan, editor asociado, Nanowerk

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