Nanotecnologia, biosensores, bioinstrumentacion

2015
Juan José Herrera D.
Universidad de Celaya
18-11-2015
Bioinstrumentación, Biosensores y
BioMicro/Nanotecnología

Desarrollo de Liderazgo
12011229 Juan José Herrera Derramadero
Contenido
Introducción........................................................................................................................................ 2
Bioinstrumentación............................................................................................................................ 3
Características de la Bioinstrumentación........................................................................................ 5
Clasificación de la instrumentación biomédica............................................................................... 6
Modos de funcionamiento alternativos.......................................................................................... 7
Modo de adquisición directo-indirecto....................................................................................... 7
Modo de adquisición continuo-muestreado............................................................................... 7
Modo de adquisición analógico y digital..................................................................................... 7
Biosensores......................................................................................................................................... 8
El Bioreceptor.................................................................................................................................. 9
Tipos de bioreceptores................................................................................................................ 9
Transductores empleados en Biosensores.................................................................................... 11
Electroquímicos......................................................................................................................... 12
Termométricos.......................................................................................................................... 12
Piezoeléctricos........................................................................................................................... 12
Fotométricos ............................................................................................................................. 13
Tipos de Biosensores..................................................................................................................... 14
Biosensores de enzima.............................................................................................................. 14
Inmunosensores........................................................................................................................ 14
Biosensores microbianos .......................................................................................................... 15
Bionanotecnología............................................................................................................................ 16
Nuevos Desarrollos. ...................................................................................................................... 18
Nanomotor magnético en sangre humana............................................................................... 18
Nanochip dentro de células vivas para medir presión intracelular .......................................... 19
Mejoran el tratamiento de Quimioterapia aplicando Nanotecnología .................................... 19
Anticuerpos artificiales basados en Nanotecnología................................................................ 20
Referencias ....................................................................................................................................... 21

Introducción
La ingeniería biomédica es el resultado de la aplicación de los principios y técnicas
de la ingeniería al campo de la medicina. Se dedica fundamentalmente al diseño y
construcción de productos sanitarios y tecnologías sanitarias tales como los equipos
médicos, las prótesis, dispositivos médicos, dispositivos de diagnóstico
(imagenología médica) y de terapia. También interviene en la gestión o
administración de los recursos técnicos ligados a un sistema de hospitales. Combina
la experiencia de la ingeniería con las necesidades médicas para obtener beneficios
en el cuidado de la salud.
La ingeniería biomédica es una disciplina de vanguardia dentro de las ingenierías
especializada en resolver problemas inherentes a los seres humanos a
través distintas ramas tales como: la biomecánica, la bioóptica, los Biosensores,
las imágenes médicas, la bioinformática, los órganos artificiales, el procesamiento
de señales, la telemedicina, la ingeniería clínica y la ingeniería de rehabilitación. Su
posibilidad de dar respuestas y de crecimiento está íntimamente ligada al sostenido
desarrollo de sus ciencias-tecnologías de base, la biotecnología y la
nanotecnología. Es así como encontramos desarrollos de vanguardia:
nanotelescopios implantables en un ojo para tratar la degeneración macular;
nanorobot de AND autónomos con capacidad de trasportar distintas moléculas y
variar su estructura para entregarlas en la superficie de células cancerosas con la
posibilidad de ordenarles su autodestrucción; nanotubos de carbono para
desarrollar células cardíacas tendientes a regenerar el tejido muscular dañado por
un infarto; nanopartículas con un biopolímero sintético antimicrobiano
biodegradable para destruir bacterias resistentes, etc.
La integración de la biotecnología y la nanotecnología denominada nano
biotecnología modela e impulsa a la bioingeniería y a la ingeniería biomédica.

Bioinstrumentación
La Bioinstrumentación se encarga de emplear elementos propios de la electrónica
y la instrumentación para el diseño e implementación de sistemas con el fin de medir
variables fisiológicas o biológicas en relación con el cuerpo humano. Una vez
adquiridas esas señales se realiza un acondicionamiento de éstas ya sea por
medios analógicos o digitales con el fin de encontrar patrones relevantes que
contribuyan a un mejor diagnóstico y tratamiento de enfermedades y por ende a la
elección de un mejor tratamiento por parte del personal médico de las instituciones
prestadoras de servicios de salud.
El flujo principal de información va del hombre al equipo. Los elementos mostrados
por líneas discontinuas no son esenciales. La principal diferencia entre los sistemas
de instrumentación biomédica y cualquier otro sistema de instrumentación
convencional radica en que la fuente de las señales suelen ser seres vivos o energía
aplicada a estos seres o tejidos vivos.

Los principales bloques que componen un sistema de instrumentación biomédica
son:
 MEDIDA
Es la magnitud física, propiedad o condición que el sistema mide. La
accesibilidad a la medida es un parámetro a tener en cuenta ya que esta
puede ser interna puede medirse en la superficie del cuerpo puede emanar
del cuerpo o puede salir o derivarse de una muestra de tejido del cuerpo. Las
medidas médicas más importantes pueden agruparse en las siguientes
categorías: biopotenciales, presión, flujo, dimensiones, desplazamiento,
impedancia, temperatura y concentraciones químicas. Estas medidas
pueden localizarse en un órgano concreto o por toda la estructura anatómica.
 SENSOR
Normalmente el término “transductor” se emplea para definir a aquellos
dispositivos que convierten una forma de energía en otra. El término “sensor”
se emplea para los dispositivos que convierten una medida física en una
señal eléctrica. El sensor sólo debería responder a la forma de energía
presente en la medida que se desea realizar y excluir las demás. Además
debe poseer una interfaz con el tejido o sistema vivo de forma que no
interfiera en éste, debe de minimizar la energía extraída y ser lo menos
invasivo posible. Muchos sensores constan de elementos sensores primarios
como diafragmas, que convierte la presión en desplazamientos. Un elemento
de conversión se encarga posteriormente de convertir esta magnitud en
señales eléctricas como puede ser una galga que convierte el
desplazamiento en tensión. Algunas veces, las características del sensor
pueden ajustarse para adaptarse a un amplio rango de sensores primarios.
Otras veces se necesitan alimentaciones externas para alimentar estos
sensores y obtener datos de salida de los mismos.
 ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL
Normalmente, la señal obtenida del sensor no puede aplicarse directamente
al “display” o dispositivo de salida (pantalla, papel, etc.). Un acondicionador

simple puede amplificar, filtrar y adaptar la impedancia del sensor a la
pantalla. A menudo, las señales de salida de los sensores se digitalizan y se
procesan utilizando ordenadores o sistemas basados en microcontroladores.
Por ejemplo, para compensar los errores de medida debidos a posibles
ruidos aleatorios puede realizarse un promediado de esta señal.
 DISPOSITIVO DE SALIDA
El resultado del proceso de medida puede mostrarse de diferentes formas,
pero es conveniente que estos resultados se muestren de la forma más
sencilla y cómoda de interpretar por parte del operador humano. En función
del tipo de medida y cómo el operador humano va a utilizarla, los resultados
pueden representarse por medio gráficos o datos numéricos, de forma
continua o discreta, de manera temporal o permanente. Aunque la mayoría
de los dispositivos de salida dan una información visual, existen equipos que
pueden generar otro tipo de informaciones (pitidos, diferentes sonidos, etc.).
 ELEMENTOS AUXILIARES
Existen diferentes elementos auxiliares que pueden implementar en el equipo
de medida. Puede utilizarse una señal de calibrado para calibrar los
resultados. Puede introducirse realimentaciones de las señales de salida
para controlar diferentes aspectos del equipo o ajustar diferentes parámetros
del sensor. El control y el sistema de realimentación pueden ser automático
Características de la Bioinstrumentación.
La fuente de las señales medidas con la instrumentación biomédica son los tejidos
vivos o energía aplicada a éstos. Esta circunstancia condiciona los métodos de
medida aplicables y los sensores o transductores a utilizar. Para ello deben
cumplirse los siguientes requisitos:
1. La acción de medir no debe alterar la magnitud medida. Dicha alteración
puede producirse como resultado de una interacción física (directa),

bioquímica, fisiológica o psicológica. Lo ideal sería que las medidas se
realizasen de una forma no invasiva y sin contacto pero esto no es posible
en todos los casos. Además, el mero conocimiento de que se está realizando
una medida puede provocar reacciones en el paciente que distorsionan
completamente los resultados.
2. Hay que garantizar la seguridad del paciente. La acción de medir no debe
poner en peligro innecesariamente la vida del paciente. Ante la
inaccesibilidad de muchas medidas se recurre a medidas indirectas en las
cuales se censa otra magnitud relacionada con la deseada (por ejemplo, para
medir la presión sanguínea suele censarse la variación de volumen de un
miembro cuando los atraviesa la sangre utilizando técnicas de
pletismógrafia). Si la variable medida es el resultado de aporte de energía al
tejido vivo, hay que respetar los límites aceptados como seguros
(radiografía). La seguridad también exige que los sensores sean de fácil
esterilización o de “usar y tirar “y no posean recubrimientos agresivos que
puedan provocar reacciones al entrar en contacto con el paciente.
3. Considerando el entorno de trabajo donde se van a ubicar los equipos, éstos
deben ser robustos, fiables y de fácil calibración.
Clasificación de la instrumentación biomédica.
El estudio de la instrumentación biomédica puede realizarse al menos desde cuatro
puntos de vista. Las técnicas utilizadas para obtener la media biomédica pueden
clasificarse en función de la magnitud que se censa, como puede ser la presión,
flujo o temperatura. Una ventaja de este tipo de clasificación es que pueden
compararse fácilmente diferentes métodos de medir un determinado parámetro.
Una segunda clasificación se basa en el principio de transducción, tales como
resistivo, inductivo, capacitivo, ultrasonidos o electroquímicos. Las técnicas de
medida pueden estudiarse separadamente para cada sistema fisiológico: sistema
cardiovascular, respiratorio, nervioso, etc. De esta forma, pueden aislarse diferentes
parámetros para cada área específica. Pero normalmente se solapan diferentes

magnitudes medidas y principios de transducción, es decir, puede medirse la misma
magnitud o parámetro en varios sistemas fisiológicos.
Modos de funcionamiento alternativos.
Modo de adquisición directo-indirecto.
A menudo, la medida de la magnitud deseada puede obtenerse directamente por
el sensor puesto que ésta es accesible .Este modo de adquisición se denomina
modo directo. Cuando la medida no es accesible, se utiliza el modo indirecto que se
basa en obtener medidas relacionadas con la deseada. Como ejemplo de medida
directa puede citarse el registro del electrocardiograma por medio de electrodos
superficiales y como medida indirecta el volumen de sangre por minuto que bombea
el corazón.
Modo de adquisición continuo-muestreado.
Algunas medidas, como por ejemplo, la temperatura corporal o la concentración de
iones, varían lentamente en el tiempo, de forma que pueden adquirirse o
muestrearse a intervalos grandes de tiempo. Otras magnitudes o medidas, como el
electrocardiograma o flujo sanguíneo requieren una monitorización continua. Por lo
tanto, la frecuencia de la señal que se desea medir, el objetivo de la medida, el
estado del paciente influyen en el diseño del sistema de adquisición de datos.
Modo de adquisición analógico y digital.
Las señales que transportan la información medida pueden ser analógicas (señal
continua que puede tomar cualquier valor dentro de un rango) o digitales (sólo
puede tomar un numero finito de valores dentro del rango). Normalmente los
sensores funcionan en modo analógico aunque también existe el modo digital.
Las ventajas del modo digital incluyen mayor precisión, repetibilidad, fiabilidad e
inmunidad a ruidos. Los dispositivos de salida digitales se van imponiendo a los

analógicos, si bien en muchas aplicaciones se prefieren los analógicos cuando hay
que determinar si la variable medida está dentro de unos límites y ésta varía
rápidamente como el latido del corazón.
Biosensores.
Un Biosensor puede ser definido como un aparato de medida integrado por tres
componentes: una molécula bioactiva, capaz de reconocer y reaccionar
específicamente con la sustancia que se pretende analizar; un transductor físico-
químico, íntimamente conectado con la molécula bioactiva y capaz de general una
señal que puede ser amplificada cuando hay una interacción específica con el
analito; y finalmente un aparato electrónico que amplifica y procesa la señal.
El sistema biológico ha sido integrado con el instrumental electrónico e informático
adecuado, que permite el procesamiento matemático automático de las señales, el
calibrado de las curvas patrón y a la interpolación de las muestras. Aspectos
Innovadores: Los Biosensores engloban las ventajas de las reacciones biológicas
presentes en la naturaleza con el gran poder de detección y procesamiento de
señales de la electrónica moderna. Por esta razón poseen:
 Sensibilidad específica, rapidez y bajo coste, en comparación con las
técnicas convencionales de análisis (cromatografía, serología, conteo de
bacterias, etc.)
 La determinación de una muestra se realiza en aproximadamente 2 minutos
y puede ser llevada a cabo por personal no cualificado.
 Fácil manejo y precio competitivo.
 Alta sensibilidad y bajo límite de detección.
El Biosensor está en contacto directo con la muestra a través del bioreceptor, que
le confiere la selectividad a través de un sitio selectivo que identifica al analito y lo
transforma de alguna manera. Generalmente el bioreceptor es una enzima

inmovilizada que transforma el analito en un producto que es detectable por el
transductor.
Estos cambios que se producen al identificar al analito pueden ser: variaciones de
temperatura, de masa, constante dieléctrica, potencial de media celda, de
conductividad iónica, de turbidez de la muestra, entre otros. Por lo tanto,
dependiendo de esta modificación bioquímica que se produzca se escoge el
transductor.
El transductor debe dar una señal óptima, sensible, fácil de monitorear y con el
mínimo de ruido. El transductor puede ser electroquímico, termométrico, fotométrico
o piezoeléctrico y de acuerdo al tipo de bioreceptor con el que se combina pueden
formarse múltiples tipos de Biosensores.
Los sensores se han convertido en "sentidos ultra perfeccionados" que llegan a
lugares a los que nosotros no tenemos acceso, captan imágenes y movimientos con
una resolución inimaginable para el ojo humano, y detectan estímulos que nosotros
no percibimos, como las ondas electromagnéticas o los ultrasonidos. La información
que aportan ha cobrado un valor extraordinario en todos los ámbitos de la actividad
humana, desde la Alimentación y la Medicina hasta la Seguridad Nuclear o la
búsqueda de vida en otros planetas.
El Bioreceptor
El bioreceptor es crucial pues produce el efecto físico-químico que será detectado
por el transductor. Esto involucra procesos como biocatálisis, acoplamientos
inmunológicos o quimio recepción
Tipos de bioreceptores
Los bioreceptores más empleados son:

 Catalizadores biológicos (enzimas). Las enzimas pueden ser extraídas de
una o más fuentes biológicas (in situ) para aplicaciones específicas y pueden
usarse solas o con sus cofactores. Las enzimas que se consiguen
comercialmente presentan las siguientes ventajas: se reproducen por lotes,
tiempo de vida y características conocidas, disponibilidad inmediata. Las
desventajas de las enzimas purificadas son que no son siempre estables y
necesitan la presencia de sus cofactores para operar en forma apropiada. En
algunos casos se necesitan cadenas enzimáticas para realizar las
transformaciones, lo que debe asegurarse la operación óptima del Biosensor
en forma global.
 Microorganismos. Son entidades estructurales que poseen todas las enzimas
necesarias y sus cofactores en un ambiente optimizado por la naturaleza.
Pueden reproducir y compensar pérdidas en la actividad enzimática con el
tiempo.
 Tejidos y organelas. El tejido tiene la ventaja de la cohesión, y tiene una
estructura que es lo suficientemente robusta para adherirse a un transductor
sin necesidad de recurrir a técnicas de inmovilización de proteínas. Pueden
usarse:
 Tejidos de animales y vegetales: estos tejidos son fuentes naturales de
material enzimático por lo cual pueden construirse Biosensores muy
estables.
 Organelas: se pueden encontrar biocatalizadores en lisosomas, cloroplastos,
mitocondrias y microsomas.
 Inmunorreceptores. Debido a la reacción antígeno-anticuerpo se produce
una débil variación del potencial que puede detectarse, pero deben utilizarse
distintos procesos para mejorar la respuesta del transductor.
 Quimiorreceptores. Se emplean los receptores celulares específicos de
membranas celulares que se excitan químicamente para producir cambios
conformacionales.

Transductores empleados en Biosensores
El transductor provee la evidencia de que ha ocurrido una reacción en el bioreceptor.
La elección del transductor depende del tipo de reacción, y las sustancias liberadas
o consumidas. Generalmente, la elección apropiada del transductor es el modelo
comercial que existe para el método de detección requerido. Hay un gran número
de electrodos disponibles para detección electroquímica, por ejemplo, electrodos
sensibles a pH, a aniones o cationes, y a gases (pO2, pCO2, pNH3). El componente
sensible puede comprarse independientemente y luego adherirlo al Biosensor.
La elección del transductor también depende la aplicación deseada del Biosensor.
Si va a ser usado en ambientes biológicos, debe satisfacer criterios de
biocompatibilidad, especialmente con respecto a la deposición de proteínas, lípidos
o células sobre su superficie. Si va a ser utilizado in vivo, debe ser de tamaño
reducido, y con forma adecuada para no dañar excesivamente los tejidos. Además
deben tenerse en cuenta las características tóxicas, metálicas, o componentes
poliméricos cuando se va a implantar por largo tiempo.
La interferencia química puede afectar la transducción, por lo que también debe
tenerse en cuenta en el momento de la elección del transductor.
El transductor debe aprovechar óptimamente las modificaciones fisicoquímicas que
resulten de las reacciones biológicas. Por ejemplo, si una reacción provoca una
variación de la entalpía, se produce un incremento muy débil de la temperatura y
por lo tanto un termistor es un transductor térmico más adecuado que una
termocuplas.
El mismo transductor puede usarse en modos de operación diferentes, que se eligen
de acuerdo al objetivo deseado. Por ejemplo, una fibra óptica puede usarse como
un transductor extrínseco, con un componente biorreactivo inmovilizado en su
punta, o como un transductor intrínseco explotando la interacción entre las
inmunoproteínas de su superficie y las ondas evanescentes de la superficie.
Los transductores pueden ser:

Electroquímicos
o Potenciométricos
o Amperométricos
o Semiconductores
Termométricos
Un sensor enzimático térmico, o entalpimétrico, mide la concentración de un
sustrato usando la variación de entalpía de una reacción enzimática. Existen
distintos métodos para medir temperatura (óptica, mecánica, eléctrica) pero
los eléctricos son los más usados para la construcción de Biosensores
térmicos debido a que la señal eléctrica puede obtenerse directamente de la
variación de la temperatura.
Pueden usarse termistores o termocuplas para la medición de temperatura.
Las termocuplas simples no son lo suficientemente sensibles para detectar
las variaciones de entalpía de las reacciones enzimáticas. Los termistores y
termopilas sí pueden detectar pequeñas variaciones de temperatura.
Los termistores son mezclas de óxidos metálicos con semiconductores
cristalinos. La alta resistividad de estos materiales les confiere una rápida
respuesta temporal gracias a su pequeño tamaño y capacidad calorífica
reducida. La resistencia de un termistor es función de la temperatura, lo cual
se ocupa como principio para la transducción. Las termopilas se construyen
alternando uniones termoeléctricas y se usan para construir Biosensores.
Generan señales pasivas lo que las hace particularmente aptas para
mediciones en soluciones fluidas.
Piezoeléctricos
Las mediciones piezoeléctricas usan la aparición de una polarización
eléctrica, o una variación en la polarización existente, en materiales

anisotrópicos dieléctricos, por ejemplo cuarzo, cuando se aplica una fuerza
en la dirección apropiada. Este efecto piezoeléctrico es reversible.
Un sensor piezoeléctrico mide la masa depositada en la superficie de un
cristal piezoeléctrico, detectando la variación en la frecuencia de resonancia
característica (FRC) del cristal. Intuitivamente, al aumentar el peso del cristal
su FRC disminuye, esto es análogo a las cuerdas de una guitarra, que cuanto
más gruesa es, resuena a una menor frecuencia.
Un sensor piezoeléctrico consiste en un cristal de cuarzo, electrodos
metálicos y el receptor que brinda la selectividad.
Fotométricos
Se basan en la medición de la variación de las propiedades ópticas de un medio o
un receptor inmovilizado. La luz puede atravesar, reflejarse o emitirse del material
analizado.
Las fibras ópticas pueden usarse para construir Biosensores. La luz entre una
muestra y una fuente o detector se transporta a lo largo del interior de las fibras
siguiendo los principios de reflexión total. La luz se propaga a lo largo de la fibra en
diferentes modos, de acuerdo a un ángulo de incidencia dado.
La reflexión total en una fibra nunca es perfecta y por lo tanto algo de radiación
electromagnética penetra la cubierta de la fibra. Esto se llama ondas evanescentes,
y pueden usarse para detectar variaciones de las propiedades ópticas de películas
químicas y biológicas que se colocan alrededor de la fibra.
Comúnmente el material (reactivo) que cambia sus propiedades ópticas (absorción,
fluorescencia, y luminiscencia) es inmovilizado en la punta o alrededor de una fibra
óptica.

Tipos de Biosensores
Los Biosensores pueden clasificarse de acuerdo al tipo de bioreceptor o del
transductor usado. En este caso están clasificados por tipo de bioreceptor porque
este componente es quien determina la acción primaria del Biosensor.
Biosensores de enzima
Un Biosensor de enzima es la combinación de un transductor y una capa
delgada enzimática, que se usa normalmente para medir concentración de
un sustrato. La reacción enzimática transforma el sustrato en un producto de
reacción que el transductor puede detectar. La concentración de una
sustancia se mide según cómo afecte su presencia a la velocidad de reacción
enzimática.
Inmunosensores
Los sensores inmunológicos o Biosensores reconocen el acoplamiento entre
un antígeno y un anticuerpo.
Los Inmunosensores tienen un gran potencial en medicina debido a la
especificidad de las reacciones inmunológicas. Estos Biosensores se usan
para medir drogas como theophylline, y para determinar la hormona HCG
para el diagnóstico de embarazo, alfafetoproteína para la identificación de
cáncer, y el antígeno de superficie de hepatitis B.
Estos Biosensores no pueden usarse in vivo porque la amplificación
enzimática involucrada requiere la adición de un sustrato para la operación
del sensor. Además, la formación del complejo anticuerpo-antígeno es lenta
y requiere un gran número de pasos.
La definición de Inmunosensores corresponde a un Biosensor ideal. Sin
embargo, en la práctica la mayor parte de los dispositivos no cumplen alguno
de los requisitos.

Biosensores microbianos
Los sensores microbianos surgen de la combinación de un microorganismo con un
transductor capaz de detectar el metabolito involucrado. Los microorganismos
poseen sistemas enzimáticos que son los que dan la selectividad. Los
microorganismos se inmovilizan generalmente en geles o usando membranas de
diálisis. Los electrodos potenciométricos y Amperométricos son útiles porque tienen
una membrana hidrofóbica en la cual se insertan los microorganismos (entre esta
membrana y la membrana de diálisis).
Las ventajas que presentan frente a los electrodos de enzimas aisladas son:
- Los sensores microbianos son menos sensibles a inhibirse por solutos y más
tolerantes en ambientes de pH.
- Tienen mayor tiempo de vida que los electrodos de enzimas.
- Más baratos (porque la enzima no necesita aislarse).
- Mantienen las enzimas en su ambiente natural evitando los problemas de
regeneración de cofactores.
Por otro lado la construcción de estos Biosensores presenta algunos problemas:
- Son inapropiados para mediciones in vivo y, en ambientes biológicos
complejos.
- El gran número de enzimas presente en los microorganismos puede hacer
bastante difícil las interpretaciones analíticas.
- El crecimiento microbacterial incrementa el tiempo de respuesta del sensor
porque varía con el espesor de la capa activa y el coeficiente de difusión del
sustrato, el cual cambia durante la operación del Biosensor.
Estos Biosensores pueden clasificarse como Biosensores de medición de
respiración o de metabolitos

Bionanotecnología
La nanotecnología es un nuevo planteamiento centrado en la comprensión y el
dominio de las propiedades de la materia a escala nanométrica: un nanómetro (la
mil millonésima parte de un metro) viene a ser la longitud de una pequeña molécula.
A esta escala, la materia ofrece propiedades diferentes y, muchas veces,
sorprendentes, de tal manera que las fronteras entre las disciplinas científicas y
técnicas establecidas a menudo se difuminan. De ahí el fuerte carácter
interdisciplinario inherente a la nanotecnología.
La nanotecnología es un área multidisciplinaria relativamente nueva. Integra
elementos de las ciencias biológicas (particularmente de ingeniería genética), con
las nanociencias y la nanotecnología. Además, incluye áreas tan diferentes como la
informática, la medicina, química, ingeniería, etc.
básicamente, la Bionanotecnología consiste en:
 La modificación de los sistemas biológicos (desde biomoléculas hasta
organismos enteros), utilizando nanomateriales.
 La síntesis o modificación de las nanoestructuras, utilizando sistemas
biológicos.
Dentro de la Bionanotecnología, las células desempeñan un papel fundamental
porque es la unidad funcional y estructural de la vida. Los nanomateriales tienen un
efecto directo en las células e incluso, las células pueden sintetizar (producir),
directa o indirectamente, diferentes nanomateriales.
La Bionanotecnología es importante porque nos proporciona los elementos
necesarios para modificar la naturaleza, en sus diferentes niveles; para satisfacer
las necesidades de la humanidad. En nuestra época, es de vital importancia
desarrollar nuevas estrategias de uso y cuidado de nuestros recursos, debido a que
somos muchas personas. Además, vivimos en un mundo con espacio y recursos
cada vez más limitados, lo que se refleja en la cantidad y calidad de alimentos,

medicamentos, productos y servicios que utilizamos en nuestra vida diaria. Gracias
a los avances de la ciencia y de la tecnología, tenemos la oportunidad de optimizar
el manejo de la naturaleza, al mismo tiempo que logramos que los productos
generados sean más amigables con el ambiente y con el ser humano.
A pesar de que la Bionanotecnología tiene una aplicación potencial en diversas
actividades importantes para nosotros, los ejes de investigación principales se
orientan en tres grandes áreas: alimentos, salud y energía
Con frecuencia se dice que la nanotecnología es potencialmente “disruptiva” o
“revolucionaria” por sus efectos en los métodos de producción industrial. Se trata de
una tecnología que ofrece posibles soluciones a muchos problemas actuales
mediante materiales, componentes y sistemas más pequeños, más ligeros, más
rápidos y con mejores prestaciones. Lo que permite generar nuevas oportunidades
de creación de riqueza y empleo. También se considera que la nanotecnología
puede hacer una aportación esencial a la solución de problemas medioambientales
de carácter mundial por el desarrollo de productos y procesos más ajustados a usos
específicos, el ahorro de recursos, y la disminución de emisiones y residuos.
Actualmente, se están haciendo enormes progresos en la carrera nanotecnológica
mundial. En Europa se empezó ya a invertir en programas de nanotecnología a
partir del período que va de mediados a finales de la década de los 90. Lo que ha
permitido crear una fuerte base de conocimientos, y ahora hay que asegurar que la
industria y la sociedad europeas recojan los frutos de esta labor mediante el
desarrollo de nuevos productos y procesos. La nanotecnología es el tema de una
reciente Comunicación de la Comisión. En ella, se propone no sólo impulsar la
investigación en nanociencias y nanotecnologías sino, además, tener en cuenta
varias otras dinámicas interdependientes:
 No hay que descuidar otros factores de competitividad, como una metrología,
una reglamentación y unos derechos de propiedad intelectual adecuados, a
fin de preparar el camino para que la innovación industrial sea una realidad

y genere ventajas competitivas, tanto para las grandes como para las
pequeñas y medianas empresas.
 Son de gran importancia también las actividades relacionadas con la
educación y la formación; en particular, existe un margen para mejorar la
actitud empresarial de los investigadores, así como la buena disposición de
los ingenieros de producción respecto al cambio. Por otra parte, la realización
de una verdadera investigación interdisciplinaria en el área de la
nanotecnología requiere nuevos planteamientos de educación y formación
aplicables tanto a la investigación como a la industria.
 Los aspectos sociales (como la información y la comunicación al público, las
cuestiones sanitarias y medioambientales, y la evaluación del riesgo) son
otros tantos factores clave para asegurar el desarrollo responsable de la
nanotecnología y la satisfacción de las expectativas de los ciudadanos. La
confianza del público e inversores en la nanotecnología será crucial para su
desarrollo a largo plazo y para su aplicación de manera fructífera.
Nuevos Desarrollos.
Nanomotor magnético en sangre humana
La idea de pequeños nanorobots viajando a través de fluidos biológicos como la
sangre, es uno de los desafíos más fascinantes de la nanotecnología,
principalmente por sus potenciales aplicaciones en el área biomédica, en una
investigación reciente, un grupo de investigadores indios, han logrado desarrollar
por primera vez un nanomotor, capaz de viajar a través de sangre humana
controlado magnéticamente desde el exterior, investigaciones anteriores solo
habían logrado propulsar un nanomotor en agua desionizada o suero, o bien en
sangre, pero en presencia de Peróxido de Hidrógeno o hidrazina (utilizados como
combustible) que resultan tóxicos para un ser vivo, este nanomotor es no invasivo
y no requiere combustible, su diseño tiene forma de hélice construida a partir
de SiO2 y recubierta por un material magnético, estas hélices tuvieron que generar

un empuje lo suficientemente grande para superar la fuerza de arrastre generada
por las células sanguíneas.
Estos nanomotores podrían tener interesantes aplicaciones en nanomedicina, como
por ejemplo, el transporte de fármacos específicos para el cáncer hacia las
proximidades del tejido canceroso, con el fin de liberarlos y destruir en forma
selectiva las células cancerígenas. A continuación un vídeo en donde se visualiza
el nanomotor viajando a través de una muestra de sangre humana diluida.
Nanochip dentro de células vivas para medir presión intracelular
El estudio de células individuales, es de gran importancia en biomedicina, ya que
existen muchos procesos y propiedades a nivel bioquímico, electroquímico,
mecánico y térmico, que pueden ser seguidos en tiempo real, recientemente en
una publicación en la revista Nature Nanotechnology, investigadores españoles han
logrado por primera vez introducir un chip electrónico con sensores dentro de una
célula viva, en este caso para medir la presión intracelular.
El diseño del chip intracelular comprende un sensor mecánico rodeado por 2
membranas separadas por un espacio vacío, estas membranas actúan como
espejos de reflexión paralelos, que constituye un resonador de Fabry-Perot, de
forma tal que la presión externa desvía las membranas y los cambios de intervalo
que a su vez, modifican la intensidad de la luz reflejada en el centro de las
membranas.
Es importante destacar que estos chips intracelulares no producen daños en las
membranas celulares preservando la integridad de estas, manteniéndose las
células sanas y viables capaces de funcionar normalmente. A continuación un vídeo
en donde se muestra una célula con un chip intracelular en su interior, en donde se
aprecia como ésta se divide en forma normal.
Mejoran el tratamiento de Quimioterapia aplicando Nanotecnología
La Quimioterapia es un tratamiento ampliamente utilizado para tratar el cáncer, que
se basa en la administración de fármacos que interfieren en el ciclo celular,
impidiendo su división y destruyendo las células cancerosas. El problema que tiene,
es la falta de especificidad, ya que no solo se ven afectadas las células

cancerígenas sino que también las células sanas, causando diversos efectos
secundarios no deseados.
A raíz de esto, investigadores europeos han publicado un artículo en la revista
Nature Chemistry, en donde describen el desarrollo de microesferas que
encapsulan a un catalizador de Paladio, el cuál activaría el fármaco solo dentro de
la célula cancerígena, sin afectar al resto de las células, evitando así todos los
efectos secundarios inherentes a este tratamiento.
Anticuerpos artificiales basados en Nanotecnología
Los Anticuerpos son Proteínas que tienen como función el detectar y neutralizar
agentes extraños al organismo, como por ejemplo Bacterias, virus, y otros
microorganismos, Esta función la logran uniéndose a determinadas zonas del
agente extraño por lo general una proteína, la que recibe el nombre de Antígeno,
esta unión se da por una complementariedad espacial de una determinada zona del
anticuerpo llamada región variable con el antígeno.
Un equipo de Investigadores de Estados Unidos y Japón, han logrado sintetizar
una nanopartícula hecha de un polímero sintético, que posee la especificidad y
selectividad de un Anticuerpo natural, incluso funciona dentro del torrente
sanguíneo en un animal vivo, este avance podría tener aplicaciones en terapias
con anticuerpos, antídotos para toxinas, purificación de proteínas, etc... Además es
muy interesante el hecho de que una estructura hecha en forma artificial no proteica
pueda remplazar en función a una estructura biológica proteica, este es un ejemplo
más de como la Nanotecnología está entrando fuerte en al campo de
la Biotecnología y Medicina.

Referencias
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