Dispositivo económico y semiportátil para analizar compuestos volátiles

Robert Winkler y Raúl Alcalde Vázquez, investigador y estudiante de doctorado en Cinvestav Irapuato, respectivamente.

Los compuestos que se convierten en vapores o gases, también llamados volátiles, pueden tener un origen natural o antropogénico. Algunos de ellos resultan tóxicos para el ambiente y la salud humana, otros permiten sacar conclusiones sobre posibles enfermedades, y algunos más son el medio de comunicación entre organismos, por lo cual su estudio tiene una diversidad de aplicaciones.

El grupo de investigación del Cinvestav Irapuato encabezado por Robert Winkler construyó un dispositivo útil para el análisis de compuestos volátiles en tiempo real (mientras se producen, aumentan, disminuyen o son eliminados), a partir de piezas impresas en 3D y sensores que se adaptan a diferentes configuraciones experimentales.

“Estábamos interesados en construir un sistema capaz de medir y monitorear compuestos volátiles, pero que fuera menos costoso y de menor tamaño en comparación con los equipos empleados de manera convencional, como son el cromatógrafo de gases o el reactor de transferencia de protones acoplados a espectrometría de masas”, señaló Raúl Alcalde Vázquez, estudiante de doctorado del Cinvestav Irapuato y primer autor del artículo.

En vista de que el equipo detecta compuestos volátiles orgánicos e inorgánicos, en condiciones ambientales y en tiempo real, es una opción para utilizarse en estudios de sistemas biológicos o de monitoreo ambiental y determinar, por ejemplo, los niveles de dióxido de carbono en un sitio o los producidos por organismos vivos. 

Sus aplicaciones podrían incluir también el diagnóstico médico no invasivo a fin de identificar compuestos producidos en ciertas enfermedades, como ocurre con la fenilcetonuria, en la que el aliento de una persona huele a acetona a causa de la acumulación en el organismo de fenilalanina; así como el control de la calidad de bebidas alcohólicas y otros productos.

“En particular nos interesa el estudio de los compuestos volátiles en los seres vivos porque algunos de ellos promueven el crecimiento vegetal, otros sirven como moléculas señalizadoras o son indicativos del estado en el que se encuentran los organismos. Saber cómo actúan abriría la puerta para aplicar este conocimiento y lograr, por ejemplo, que una planta o cultivo tenga mejor producción”, explicó Alcalde Vázquez.

El Espectrómetro de Masas Biológico Modular (MoBiMS), como se nombró al dispositivo, logró detectar 80 por ciento de los 53 compuestos analizados, pertenecientes a 17 clases químicas (alcoholes, esteres, acetonas, terpenos, entre otros) y al ser semiportátil, puede emplearse en estudios in situ.

En el artículo de Microchemical Journal se reporta que este equipo tiene la capacidad de identificar tanto volátiles inorgánicos como orgánicos, entre ellos el acetato de isoamilo, responsable del olor característico del plátano, una de las frutas empleadas en las pruebas experimentales con el objetivo de evaluar si el equipo detecta los compuestos directamente de su fuente natural.

Espectrómetro de Masas Biológico Modular (MoBiMS).

El MoBiMS fue capaz de medir en tiempo real la producción de dióxido de carbono durante la reacción del Alka-Seltzer®, la cual fue considerada por ser muy conocida y tratarse de un producto de venta libre. Además, se monitoreó la dinámica de producción/fijación de este gas durante los ciclos naturales de respiración/fotosíntesis en una planta viva de jitomate (Solanum lycopersicum).

La base del funcionamiento del MoBiMS es la espectrometría de masas, la cual consiste en pasar a las moléculas a través de un analizador que las va separando y dirigiendo a un detector, este mide la relación entre su masa y su carga, información útil para determinar de qué compuesto se trata.

Los componentes principales del equipo son: una fuente de ionización, donde se les da carga eléctrica a las moléculas; el analizador, que las separa por masa y carga; y el detector. Todas estas piezas están disponibles en el mercado y el costo del sistema puede ser optimizado, dependiendo de los requisitos experimentales, la elección de los componentes y los proveedores disponibles.

La fuente de ionización utilizada, destacó Alcalde Vázquez, es compatible con la base de datos existente, misma que incluye alrededor de 300 mil compuestos analizados por cromatografía de gases. Esto permite comparar las huellas químicas obtenidas por el MoBiMS con las ya reportadas para la identificación de los compuestos.

El equipo también permite acoplar diferentes adaptadores, que pueden ser generados por impresión 3D, para colocar los contenedores de la muestra con las características de tamaño y altura requeridas para cada experimento.

El siguiente paso es lograr que el análisis de los datos obtenidos con el MoBiMS (huellas químicas de los diferentes compuestos volátiles) sea más fino, porque si bien puede medir hasta 300 señales diferentes al mismo tiempo, es necesario filtrar la información para darle sentido químico o biológico, finalizó Alcalde Vázquez.

Para ver el artículo de investigación, da clic aquí