El documento aborda el desarrollo de un biosensor para detectar la bacteria Escherichia coli, que puede causar enfermedades a través de alimentos contaminados. Este biosensor, creado por el INAOE, utiliza una tecnología de microfabricación y es parte de un esfuerzo por mejorar la seguridad alimentaria en México, específicamente en la exportación de cárnicos. El proyecto enfrenta retos tecnológicos y busca alcanzar niveles de madurez tecnológica necesarios para su implementación en el monitoreo real de cárnicos crudos.

1. Revista - Divulgación de Ciencia y Educación
Enero – Abril 2023, Vol. 1, No. 1
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Biosensor de Escherichia coli
Claudia Reyes-Betanzo
Microorganismos que causan
enfermedades
La bacteria Escherichia coli, E. coli, es un
microorganismo que puede generar graves
problemas estomacales cuando está presente en
agua y alimentos, y son ingeridos sin los debidos
procedimientos de desinfección. Existen esfuerzos
para establecer una cultura de seguridad
alimentaria para prevenir enfermedades; aunado
a lo anterior, es importante disponer de
herramientas que permitan identificar la
presencia de esta bacteria. En México, la máxima
autoridad que se encarga de monitorear los
patógenos en alimentos es el Servicio Nacional de
Sanidad, Inocuidad y Calidad Agroalimentaria
(SENASICA), que cuenta con una gran variedad de
programas que permiten garantizar una
producción de alimentos de calidad y libres de
microorganismos dañinos. Uno de estos
programas, se refiere al control de calidad en la
exportación de cárnicos crudos de res, y es aquí
donde el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica
y Electrónica (INAOE) pretende incidir con el
desarrollo de un biosensor para la detección de la
bacteria E. coli en establecimientos certificados,
donde se preparan y almacenan todo tipo de
cárnicos para exportarlos a Estados Unidos de
América y Canadá.
Biosensor de E. coli
El desarrollo tecnológico de un biosensor de
bacteria E. coli parte de la investigación básica de
un material biocompatible (por ejemplo, carburo
de silicio) y que junto con un arreglo de electrodos
interdigitados de titanio, es capaz de detectar la
presencia de bacteria, cuando el biosensor se
expone a la bacteria, genera un cambio de una
señal eléctrica conocida como impedancia
electroquímica (la impedancia es la oposición al
paso de la corriente eléctrica). El dispositivo está
fabricado sobre un sustrato de silicio, sus
dimensiones son de 1.5 cm x 1.0 cm, y en el centro
se ubican los electrodos con ancho y separación
de 20 micrómetros y 3 milímetros de largo (un
micrómetro es la millonésima parte de un metro),
explotando las capacidades de microfabricación
que caracterizan al INAOE. La microfabricación
consiste en depositar distintos materiales y su
grabado selectivo, para formar cavidades,
canales, y contactos eléctricos de tamaño
micrométrico o nanométrico (un nanómetro es la
milésima parte de un micrómetro), esta tecnología
se utiliza en los sensores que detectan la posición
vertical u horizontal de los teléfonos celulares
inteligentes, algunos proyectores de imágenes,
entre otros sensores. Posterior a la fabricación, el
biosensor debe someterse a un proceso de
biofuncionalización del dispositivo que se
desarrolló en el Centro de Investigación de
Biotecnología Avanzada del IPN (la
biofuncionalización es una técnica utilizada para
lograr que el dispositivo pueda detectar la
bacteria E. coli ).
Representación gráfica del dispositivo. Consiste
en un sustrato o soporte de silicio (Si); un
recubrimiento de dióxido de silicio (SiO2); una
capa delgada de carburo de silicio amorfo
hidrogenado (a-SiC:H) y pistas de titanio (Ti).
Elaboración propia.
El primer reto se había conseguido, y la
siguiente etapa consiste en llevar este desarrollo
a una aplicación real para lograr el impacto y
beneficio social que debe cumplir la ciencia y

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tecnología mexicana. El acercamiento con el
SENASICA nos llevó a descubrir que el camino
para alcanzar la meta, es extenso. Características
como sensibilidad, portabilidad, reproducibilidad
y confiabilidad deben ser alcanzados para
cumplir con los estándares y de la técnica actual
para detección de bacterias que se lleva a cabo en
el SENASICA y que es aceptada dentro del Tratado
Comercial de América del Norte, la técnica PCR
(reacción en cadena de la polimerasa, por sus
siglas en inglés).
Ilustración del biosensor. Se muestran los
electrodos o contactos de titanio (izquierda), y el
diseño interdigitado en forma de “peine” (derecha),
donde se observan los canales de veinte
micrómetros.
Retos tecnológicos
Para que cualquier desarrollo tecnológico pueda
estar al alcance de la sociedad, es necesario
cumplir con los nueve Niveles de Madurez
Tecnológica (TRL, por sus siglas en inglés), donde
los niveles 1 al 3 se refieren a la investigación
básica del desarrollo y validación de la misma, los
niveles 4 al 6 se enfocan en el desarrollo del
prototipo, y finalmente en los niveles 6 al 9 se
busca la implementación del prototipo en el
entorno de la aplicación real; en nuestro caso, se
busca que el biosensor detecte la presencia o
ausencia de bacteria E. coli en muestras reales de
cárnicos crudos en los establecimientos
certificados para exportación. Hasta el momento,
nos encontramos en el nivel tres de madurez
tecnológica y vislumbramos muchos retos por
vencer, que con dedicación y trabajo podremos
superar.
Semblanza de la autora
Claudia Reyes Betanzo es investigadora Titular en
la Coordinación de Electrónica del Instituto
Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
(INAOE), en Tonantzintla, Puebla, desde 2003.
Recibió el grado de Doctora en Ciencias con
Especialidad en Microelectrónica por la
Universidad Estatal de Campinas en São Paulo,
Brasil en 2003. Dirige y ha dirigido tesis de
licenciatura, maestría y doctorado. Ha asesorado
estudiantes universitarios durante sus prácticas
profesionales. Ha dirigido dos proyectos de
Ciencia Básica del CONACYT. Es Investigadora
Nivel 1 en el Sistema Nacional de Investigadores y
miembro del Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos (IEEE). Cuenta con publicaciones en
revistas de renombre internacional, además de
participar en congresos nacionales e
internacionales. Sus principales líneas de
investigación son biosensores, sensores de flujo y
sistemas para microfluidos.
Contacto: creyes@inaoep.mx