Investigadores de la Universidad de Cambridge y la empresa GlitterinTech han desarrollado un chip óptico del tamaño de unos centímetros y un costo de apenas $10 dólares, capaz de ofrecer precisión de laboratorio en dispositivos portátiles para el monitoreo de la salud. El avance podría permitir el seguimiento de biomarcadores como la glucosa en sangre sin necesidad de agujas, así como transformar pruebas alimentarias, control industrial y monitoreo ambiental1.
El dispositivo, llamado espectrómetro convolucional, utiliza una nueva forma matemática de analizar la luz, logrando superar las limitaciones de los espectrómetros miniaturizados tradicionales en cuanto a rango de medición, resolución y precisión1.
Cómo funciona el nuevo chip óptico
El espectrómetro convolucional desarrollado por el equipo de Cambridge emplea el teorema de la convolución directamente en el dominio óptico. Esto permite analizar la luz entrante con alta precisión y tolerancia al ruido, manteniendo un bajo requerimiento de procesamiento computacional1.
A diferencia de los espectrómetros convencionales, que separan la luz en diferentes longitudes de onda o reconstruyen el espectro mediante cálculos complejos, este chip organiza componentes ópticos con respuestas espectrales repetidas, como interferómetros Mach-Zehnder o microanillos resonadores, en una secuencia ajustable. Así, puede modificar su respuesta a distintas longitudes de onda de forma controlada y lineal, recuperando el espectro de la luz mediante transformadas rápidas de Fourier1.
El chip está construido sobre una plataforma fotónica de nitruro de silicio e integra electrónica a bordo. Opera en un rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano (1200-1700 nm) y puede procesar mediciones en menos de un segundo1.
Resultados en pruebas médicas y otras aplicaciones
El equipo probó el chip en materiales como plásticos, fármacos, café, harina y té, logrando una tasa de clasificación del 100% en los ensayos reportados. En soluciones acuosas y orgánicas, midió concentraciones con una precisión de aproximadamente 0.01%, superando a espectrómetros comerciales de laboratorio en esos experimentos1.
En el ámbito médico, el chip midió biomarcadores humanos como humedad de la piel, alcohol en sangre, lactato y glucosa, bajo condiciones que simulan ambientes fisiológicos. En una demostración, logró rastrear la glucosa de manera no invasiva durante un periodo prolongado en una persona, aunque los investigadores subrayan que se requieren más pruebas antes de que la tecnología pueda usarse como producto médico práctico1.
Ventajas técnicas y potencial de fabricación
El diseño interno del espectrómetro reduce la necesidad de procedimientos de calibración complejos y algoritmos exigentes, permitiendo recuperar espectros de manera rápida y consistente incluso en presencia de ruido1.
El chip mostró resistencia a temperaturas extremas, funcionando de manera confiable entre -20°C y 80°C, lo que podría ser útil para dispositivos portátiles, equipos industriales y sensores al aire libre1.
Su construcción sencilla facilita la fabricación a gran escala, lo que podría llevar mediciones ópticas sofisticadas a dispositivos de uso cotidiano y ampliar su impacto en salud, industria y medio ambiente1.
Expertos destacan avances en biosensores portátiles
Según una revisión publicada en Biosensors & Bioelectronics, el desarrollo de biosensores ópticos portátiles y de bajo costo es clave para el monitoreo en tiempo real y la gestión personalizada de enfermedades como la diabetes2.
La integración de sensores ópticos en dispositivos electrónicos portátiles, como tiras desechables y wearables, ha ganado interés por su potencial para diagnósticos rápidos, monitoreo continuo y gestión en el hogar. Los expertos señalan que la mejora de tecnologías inalámbricas y portátiles es fundamental para ampliar la aplicabilidad y confiabilidad de estos sistemas en la atención médica2.
Fuentes
Texto elaborado por la Redacción de Columna Digital a partir de estas fuentes:
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Datos basados en información reportada originalmente por ScienceDaily.
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