Detección fiable de gases altamente tóxicos directamente sobre el terreno
Los materiales biohíbridos, compuestos por partículas de sílice y péptidos selectivos, tienen como objetivo permitir la detección in situ mediante un dispositivo portátil.
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Ya sea en accidentes químicos, en emplazamientos contaminados o en el uso de agentes de guerra química, es imprescindible detectar los gases peligrosos de forma rápida y fiable. Lo que hasta ahora solo ha sido posible mediante métodos complejos o imprecisos se convertirá en el futuro en un proceso sencillo y fiable in situ gracias a materiales diseñados específicamente para ello. En el marco del proyecto de investigación ProtecKD, el Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos ISC y sus socios están desarrollando un novedoso sistema de sensores basado en materiales biohíbridos, diseñado para detectar en el futuro sustancias altamente tóxicas con una sensibilidad extrema. Esto permitirá a los servicios de emergencia evaluar las situaciones de peligro de forma más rápida y precisa en el futuro. El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio (BMFTR).
ProtecKD – el concepto: materiales sensoriales biohíbridos como sistema de «laboratorio en un chip» integrado en un dispositivo portátil de fluorescencia para la detección precoz de agentes de guerra química y sustancias peligrosas.
© Projekt ProtecKD
En intervenciones contra gases peligrosos y agentes de guerra química como el sarín, la mostaza de azufre o la cloropicrina, los servicios de emergencia deben ser capaces de identificar las amenazas de forma rápida y segura. Incluso las concentraciones más pequeñas pueden causar graves daños a la salud o resultar mortales. Por lo tanto, su detección rápida, sencilla y fiable es crucial para la seguridad de los servicios de emergencia y de la población en general.
Los métodos disponibles actualmente para el análisis in situ durante las intervenciones suelen ser imprecisos o poco prácticos. Los métodos más precisos y fiables son complejos y solo pueden llevarse a cabo en laboratorios especializados. En consecuencia, resulta difícil evaluar de forma fiable el peligro durante una intervención.
Materiales biohíbridos para sensores de detección rápida in situ
En el proyecto de investigación ProtecKD, los socios están trabajando en un dispositivo portátil capaz de detectar de forma directa y rápida gases altamente tóxicos utilizando materiales biohíbridos novedosos. Un aspecto novedoso del concepto ProtecKD es la combinación de unidades de detección biológicas con nanopartículas inorgánicas que forman micropartículas estables y altamente funcionales. Estas combinan las propiedades de los materiales a escala nanométrica con un manejo significativamente más sencillo. El Fraunhofer ISC aporta sus muchos años de experiencia en el campo de las partículas funcionalizadas.
Trabajo en equipo para una mayor seguridad
Cuatro instituciones de investigación y empresas colaboran estrechamente en el equipo del proyecto: el coordinador del proyecto, el Fraunhofer ISC; JPT Peptide Technologies; el Instituto de Tecnologías de Protección y Protección QBRN de la Bundeswehr (WIS); y Noxoon GmbH.
En el Fraunhofer ISC, las partículas portadoras se sintetizan a partir de dióxido de silicio —un mineral muy común en la naturaleza, por ejemplo, en la arena— y se combinan con moléculas proteicas especiales conocidas como péptidos. Estas proteínas se fijan en la superficie de la partícula, especialmente funcionalizada, y reaccionan de forma específica ante determinados gases emitiendo fluorescencia, es decir, emiten luz. De este modo se crea un material biohíbrido. El socio del proyecto JPT se encarga de sintetizar estos péptidos selectivos. Mediante el uso de diversos péptidos que reaccionan específicamente a diferentes gases, es posible integrar múltiples campos sensoriales en un sistema de análisis miniaturizado basado en un chip (lab-on-a-chip). El socio del proyecto Noxoon se encarga de construir el dispositivo de detección, que integra todos los componentes. La caracterización de los componentes sintetizados y las pruebas con diversos agentes de guerra química y sustancias peligrosas en condiciones realistas corren a cargo del socio del proyecto WIS.
ProtecKD apuesta por un manejo sencillo
El chip sensor biohíbrido se inserta en el dispositivo de detección. Tanto la medición óptica como el análisis automático se realizan directamente en el propio dispositivo, lo que permite ofrecer resultados fiables al personal de emergencias en un breve plazo de tiempo. Unos detectores sensibles captan los cambios en la fluorescencia; las señales se evalúan mediante algoritmos de autoaprendizaje y muestran inmediatamente al usuario el tipo de gas detectado y la información de alerta asociada. De este modo, el dispositivo de detección portátil está diseñado para proporcionar un apoyo rápido y fiable en operaciones móviles.
Una ventaja clave del concepto es que los péptidos diseñados químicamente reaccionan de forma altamente selectiva y precisa ante gases específicos y agentes de guerra química. Gracias a la geometría optimizada del sensor del sistema «laboratorio en un chip», estas sustancias pueden detectarse con una sensibilidad excepcional. Esto permitirá detectar y evaluar de forma fiable incluso cantidades mínimas.
Otra ventaja es la digitalización de principio a fin. Todos los datos sobre materiales y mediciones se registran y almacenan en formato legible por máquina. ProtecKD está vinculado a la iniciativa «Material digital» del BMFTR. El Fraunhofer ISC garantiza la digitalización fluida de los datos sobre materiales gracias a su experiencia en «Material digital».
Mayor protección para los servicios de emergencia y la población
La detección rápida y fiable de sustancias químicas altamente tóxicas puede reducir significativamente los tiempos de respuesta. Los servicios de emergencia pueden poner en marcha medidas de protección de forma más específica, evaluar las situaciones de peligro con mayor precisión y evitar cierres o evacuaciones innecesarios. Esto permite un uso más eficiente de los recursos humanos y materiales.
Aplicable a otros ámbitos de aplicación
Lo que funciona para las exigencias extremas de las operaciones contra gases peligrosos y agentes de guerra química también puede desarrollarse aún más para otros ámbitos de aplicación. Para el consorcio del proyecto, entre las aplicaciones posibles se incluyen, por ejemplo, la vigilancia medioambiental y la seguridad industrial en el uso y almacenamiento de productos químicos industriales, principios activos farmacéuticos o explosivos. De este modo, ProtecKD podría contribuir a reforzar la competitividad internacional de Alemania en el ámbito de las tecnologías de seguridad y protección.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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