Investigadores del Conicet desarrollaron un sistema basado en teléfonos celulares que mide de forma rápida y sencilla el fosfato, un compuesto químico esencial que forma parte de muchas estructuras vitales en la naturaleza. Su medición es esencial para diferentes aplicaciones, ya sea en el suelo, en agua y en nuestra salud.
En muestras humanas, la cuantificación de este elemento es importante para el diagnóstico de algunas enfermedades “raras” como el raquitismo hipofosfatémico autosómico y la hipofosfatemia ligada al cromosoma X que están incluidas en el Registro Nacional de Enfermedades Poco Frecuentes y presentan un desafío para el sistema de salud dado que, por su baja incidencia, suelen escapar de los controles clínicos/bioquímicos habituales.
En los suelos, los niveles adecuados de fosfato son fundamentales para el desarrollo óptimo de los cultivos y medirlos, con métodos sencillos y rápidos, es de gran relevancia para el sector productivo si se considera que en Argentina aproximadamente el 60 por ciento de las tierras cultivadas está por debajo del rango crítico de fosfatos.
“Hay diferentes métodos convencionales en la actualidad que miden fosfato, pero presentan baja capacidad de detección y en algunos casos, equipamientos costosos que requieren personal altamente capacitado limitando su uso en laboratorios especializados, entre otras desventajas. Nuestro método, que incluye el desarrollo de un nuevo reactivo y el uso de teléfonos celulares, resuelve estas limitaciones”, afirma Luis González Flecha, líder del desarrollo e investigador del Conicet en el Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas “Prof. Alejandro C. Paladini” (IQUIFIB, CONICET-UBA) y en el Departamento de Química Biológica de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA.
“La metodología fue evaluada de manera exhaustiva en términos de sensibilidad, exactitud, reproducibilidad, límite de detección y rango dinámico, demostrando un desempeño robusto y confiable”, agrega el investigador.
La tecnología, desarrollada por los especialistas del Conicet y de la UBA, se describe en Talanta, una revista científica especializada en química analítica pura y aplicada.
Una vez patentado y transferido al mercado, el método podría aplicarse tanto a nivel de laboratorios de investigación, de docencia o de análisis químico.
“En cuanto a empresas u organismos que podrían utilizar el método, podemos mencionar la industria de fertilizantes, empresas agropecuarias, cooperativas, laboratorios de control y organismos de extensión rural”, puntualiza González Flecha.
Para Álvaro Recoulat Angelini, primer autor del estudio e investigador del Laboratorio de Biofísica Molecular que lidera González Flecha en el IQUIFIB, “la posibilidad de realizar mediciones in situ con un teléfono celular abre la puerta a esquemas de monitoreo más frecuentes y descentralizados, involucrando no solo a laboratorios especializados, sino también a organismos de control ambiental, municipios, empresas de saneamiento e incluso iniciativas de ciencia ciudadana”.
Tecnología basada en un teléfono celular
El funcionamiento del método, desarrollado por los especialistas del Conicet y de la UBA, es simple: una vez añadido el reactivo a la muestra en la que se quiere medir el fosfato, se desarrolla un color (por la presencia del colorante verde de malaquita en el reactivo) en aproximadamente 30 minutos y que permanece estable durante varias horas lo que brinda una amplia flexibilidad para determinar las concentraciones de fosfato.
“La intensidad del color generado es proporcional a la cantidad de fosfato presente en la muestra. Esta intensidad puede cuantificarse midiendo la absorbancia, es decir, cuánta luz es absorbida por la muestra, a una longitud de onda característica en la región del rojo en el espectro electromagnético. Esto se debe a que el complejo formado absorbe principalmente la luz roja (y en menor medida la azul), lo cual da cuenta del color verde de la solución”, explica González Flecha.
Por otra parte, la incorporación en esta metodología de teléfonos celulares en la cuantificación de fosfato se basa en que los sensores de las cámaras (detectores CMOS) convierten la luz que proviene de la muestra en señales digitales. Cada píxel registra la intensidad de la luz recibida luego de atravesar un filtro, y la almacena en 1 byte de memoria que al poseer 8 dígitos binarios (bits) permite codificar 28 niveles distintos de intensidad que van desde 0 (ausencia de señal) a 255 (máxima intensidad). Para esto se utilizó un programa de código abierto desarrollado por José María Delfino, investigador ad-honorem del Conicet y co-autor del trabajo.
“A partir de estos valores se define una magnitud denominada absorbancia digital, análoga a la absorbancia utilizada en la espectrofotometría clásica, que permite cuantificar el desarrollo del color y, por lo tanto, la concentración de fosfato presente en la muestra”, puntualiza Recoulat Angelini.
Determinar la calidad del agua
Además de aplicaciones en salud y agricultura, la metodología puede ser útil para determinar la calidad del agua. En el caso de los cuerpos de agua, el problema principal es la contaminación por fosfato, ya sea por exceso de fertilización en suelos cercanos o descarga de efluentes domiciliarios o industriales.
Asimismo, en el área de la investigación básica, el desarrollo de los científicos argentinos puede ser útil para medir el fosfato liberado por la acción de enzimas que hidrolizan biomoléculas que contienen este grupo funcional, como por ejemplo el ATP. Esta molécula es importante porque almacena y proporciona la energía necesaria para muchas funciones celulares, y las enzimas que catalizan su hidrólisis (ruptura de un enlace químico por acción del agua) juegan un papel clave en la transformación de la energía química en trabajo útil para la célula.
“Más allá de nuestro trabajo podemos decir que la detección y cuantificación de compuestos químicos mediante teléfonos celulares es un campo en pleno crecimiento. Creemos además que el rápido avance en la tecnología de las cámaras de los dispositivos móviles y los bajos costos asociados, anticipan una verdadera transformación de la instrumentación óptica de uso analítico en un futuro cercano”, afirma González Flecha.
En cuanto a su transferencia al mercado, los investigadores están contactando pymes argentinas interesadas en la posible comercialización. “Conjuntamente hemos completado el diseño de un kit para la determinación de fosfato y estamos trabajando con el área de transferencia tecnológica del Conicet y de la Universidad de Buenos Aires para formalizar los convenios de transferencia y comercialización y evaluar el posible patentamiento del producto”, concluye González Flecha.
Del estudio también participó Gabriela Elena Gómez, investigadora del CONICET en el IQUIFIB.
