Células vivas dopadas con sensores cuánticos. Se ha hecho en un laboratorio y para esto sirven

En muchas ocasiones, la premisa de las investigaciones científicas que te traemos a nuestra página web parece que no tienen ni pies ni cabeza, al menos para quienes estamos alejados de investigaciones y laboratorios. Sin embargo, ¿qué me dirías si te explicamos un estudio que permitió utilizar diminutos diamantes como sensores cuánticos para espiar lo que ocurre dentro de nuestras células?

Diamantes que espían a las células desde dentro

Un grupo de investigadores de la Universidad de Chicago y la Universidad de Iowa, liderados por el bioingeniero y doctorando Uri Zvi, han logrado un reto tan fascinante como complejo, que ha sido reflejado en un estudio publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences. Sin embargo, comencemos aclarando un concepto. Se sabe que los mejores sensores cuánticos, aquellos capaces de detectar campos magnéticos, temperaturas o niveles de pH a escala molecular, pueden fabricarse con fragmentos de diamante.

Hasta aquí todo claro, ¿verdad? Sin embargo, cuando se reducen al tamaño necesario para que se introduzcan dentro de una célula, estos pierden gran parte de sus propiedades cuánticas. Peter Maurer, profesor de la Universidad de Chicago y coautor del estudio, asegura, en declaraciones publicadas en Phys.org, que "este tipo de sensores cuánticos dentro de una gran pieza de diamante tienen propiedades cuánticas realmente buenas; cuando están en nanodiamantes, las propiedades coherentes, las propiedades cuánticas, en realidad se reducen significativamente".

Peter Maurer y Uri Zvi trabajando en el nuevo biosensor cuántico

Es por ello que Uri Zvi y su equipo decidieron mirar hacia un lugar completamente inesperado: los televisores QLED. Estos dispositivos emiten colores vivos gracias a puntos cuánticos fluorescentes, pero en sus inicios sufrían inestabilidad, con parpadeos o pérdidas de señal. Fue cuando se les añadió una carcasa especial, el momento en que se estabilizó su comportamiento. Entonces, ¿por qué no hacer lo mismo con los nanodiamantes?

De esta manera nació la idea de envolverlos en una carcasa de siloxano, un material compatible con el entorno biológico que, además, despista al sistema inmunológico haciéndose pasar por “una gota de agua”, según las declaraciones del profesor Aaron Esser-Kahn. Este recubrimiento no solo protege la superficie, sino que altera el comportamiento cuántico del diamante.

La mejora fue realmente notable. Existía hasta cuatro veces más coherencia de espín, una propiedad intrínseca de las partículas que les dice cómo comportarse, un 80% más de fluorescencia y mayor estabilidad de carga. Denis Candido, profesor de la Universidad de Iowa y coautor del artículo, afirma que "intentaba irme a la cama por la noche, pero me quedaba despierto pensando: "¿Qué pasa? La coherencia del espín está mejorando, pero ¿por qué?'".

La respuesta llegó tras múltiples experimentos y cálculos y se basa en que el recubrimiento estaba drenando electrones desde el diamante hacia la carcasa, reduciendo los sitios superficiales que habitualmente degradaban la señal cuántica. Ahora, tenemos un biosensor más preciso dentro del cuerpo humano, capaz de detectar enfermedades como el cáncer en sus primeras fases.

También hemos podido acceder a un nuevo marco para diseñar y entender materiales cuánticos desde la superficie hacia dentro, combinando electrónica clásica, biología celular y física cuántica en un mismo avance. Michael Flatté, profesor de astronomía y física, asegura que "lo que me pareció realmente emocionante de esto es que algunas viejas ideas que eran fundamentales para la tecnología electrónica de semiconductores resultaron ser realmente importantes para estos nuevos sistemas cuánticos".