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Cronos Mar del Plata

FÍSICA CUÁNTICA PARA DETECTAR EL CORONAVIRUS EN TIEMPO REAL

Un dispositivo fabricado con nanodiamantes, mucho más pequeños que motas de polvo, funcionaría como un puntero láser y detectaría el coronavirus con una eficacia muy por encima de los test al uso y al instante

Curiosidades Luca Landi 21 de diciembre de 2021
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Se trata de un enfoque muy novedoso para probar la presencia del virus que causa Covid-19. Permite conseguir pruebas más rápidas, menos costosas y potencialmente menos propensas a resultados erróneos que los métodos de detección existentes

En una entrevista al experto español en ordenadores cuánticos, Ignacio Cirac, explicaba una cuestión básica de la física cuántica: «Aún no entendemos del todo las partículas a escala cuántica, pero eso no quiere decir que no podamos utilizar sus propiedades. No hay que entenderlo, hay que vivir con ello y utilizarlo».

Sin comprender del todo el inquietante comportamiento de las partículas en la escala más pequeña, utilizamos sus propiedades cuando usamos el GPS, y cuando vamos al médico para hacernos una resonancia magnética lo hacemos gracias a la física cuántica. Ahora, físicos del MIT proponen el desarrollo de un dispositivo basado en física cuántica que detectaría el virus con un margen de error muchísimo más pequeño que los test convencionales, con una eficacia muy superior y con un coste reducido, a pesar de que para su desarrollo necesita partículas de diamante. Este dispositivo es una de las propuestas de sensores cuánticos basados ​​en diamantes para construir herramientas poderosas para el diagnóstico biomédico.

Aunque el trabajo, desarrollado en el MIT y basado en efectos cuánticos, todavía es teórico, estos detectores podrían potencialmente adaptarse para detectar prácticamente cualquier virus, según los investigadores.

El nuevo enfoque se describe en un artículo publicado el jueves en la revista Nano Letters , por Changhao Li, un estudiante de doctorado del MIT; Paola Cappellaro, profesora de ciencia e ingeniería nucleares y de física; y Rouholla Soleyman y Mohammad Kohandel de la Universidad de Waterloo.

FALSOS NEGATIVOS POR DEBAJO DEL 1 %
Las pruebas existentes para el virus SARS-CoV-2 incluyen test rápidos que detectan proteínas virales específicas y pruebas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que tardan varias horas en procesarse. Ninguna de estas pruebas puede cuantificar la cantidad de virus presente con gran precisión. Incluso las pruebas de PCR estándar pueden tener tasas de falsos negativos de más del 25 por ciento.

En contraste, la nueva prueba podría tener tasas de falsos negativos por debajo del 1 por ciento y ser lo suficientemente sensible como para detectar solo unos pocos cientos de hebras del ARN viral, en solo un segundo.

EL DETECTOR DE CORONAVIRUS BASADO EN FÍSICA CUÁNTICA
Los investigadores del MIT parte de nanopartículas de diamante. En estas partículas, muchísimo más pequeñas que motas de polvo, forman parte de una red cristalina que da forma al diamante. Esta red, insistimos que su escala es nanométrica, tiene defectos, vacíos, que reciben el nombre de vacantes de nitrógeno (NV). Estos vacíos son extremadamente sensibles a perturbaciones mínimas, tan mínimas que estamos hablando de efectos cuánticos. La red cristalina del diamante se están explorando para una amplia variedad de dispositivos de detección que requieren una alta sensibilidad.

El nuevo método implicaría recubrir los nanodiamantes que contienen estos centros NV con un material que está acoplado magnéticamente a ellos y ha sido tratado para unirse solo con la secuencia de ARN específica del virus. Cuando el ARN del virus está presente y se une a este material, interrumpe la conexión magnética y provoca cambios en la fluorescencia del diamante que se detectan fácilmente con un sensor óptico basado en láser.

aperturaSombra-2-950x633LA CURIOSA RAZÓN POR LA QUE DE DÍA PESAMOS MÁS QUE DE NOCHE

El sensor utiliza solo materiales de bajo costo (los diamantes involucrados son más pequeños que las motas de polvo), y los dispositivos podrían ampliarse para analizar un lote completo de muestras a la vez, explican los investigadores.

Los láseres utilizados para leer los resultados son comparables a los punteros láser verdes comerciales baratos y ampliamente disponibles
El recubrimiento a base de gadolinio con sus moléculas orgánicas sintonizadas con ARN se puede producir utilizando procesos y materiales químicos comunes, y los láseres utilizados para leer los resultados son comparables a los punteros láser verdes comerciales baratos y ampliamente disponibles.

Si bien este trabajo inicial se basó en simulaciones matemáticas detalladas que demostraron que el sistema puede funcionar en principio, el equipo continúa trabajando para traducir eso en un dispositivo funcional a escala de laboratorio para confirmar las predicciones.

«No sabemos cuánto tiempo llevará hacer la demostración final», dice Li. Su plan es primero hacer una prueba de principio de laboratorio básica  y luego trabajar en formas de optimizar el sistema para que funcione en aplicaciones de diagnóstico de virus reales.

El proceso multidisciplinario requiere una combinación de experiencia en física e ingeniería cuántica, para producir los propios detectores, y en química y biología, para desarrollar las moléculas que se unen con el ARN viral y encontrar formas de unirlas a las superficies de los diamantes.

Incluso si surgen complicaciones al traducir el análisis teórico en un dispositivo de trabajo, dice Cappellaro, hay un margen tan grande de falsos negativos más bajos que se predice a partir de este trabajo que probablemente aún tendrá una gran ventaja sobre las pruebas de PCR estándar en ese sentido. E incluso si la precisión fuera la misma, este método aún tendría una gran ventaja al producir sus resultados en cuestión de minutos, en lugar de requerir varias horas.

El método básico se puede adaptar a cualquier virus, incluidos los nuevos que puedan surgir, simplemente adaptando los compuestos que están unidos a los sensores de nanodiamantes para que coincidan con el material genérico del virus objetivo específico.

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