Las infecciones bacterianas continúan siendo un desafío a nivel mundial, particularmente en situaciones en que un diagnóstico rápido y confiable es esencial para iniciar un tratamiento efectivo. Entre los patógenos clínicamente más importantes, Escherichia coli es la principal causante de infecciones en el tracto urinario que puede derivar en infecciones sistémicas graves como la septicemia. En estos casos, la detección de la presencia de la E. coli es crítica, sobre todo en las etapas iniciales de la infección (1-100 UFC/mL).
La espectroscopía Raman amplificada por la superficie (SERS, por sus siglas del inglés surface enhanced Raman scattering) ha sido una técnica analítica de mucha utilidad por su alta sensibilidad y capacidad de obtener información molecular. Sin embargo, enfrenta el desafío de poder detectar cantidades pequeñas de bacterias, en particular, cuando se encuentran en fluidos biológicos complejos como la sangre o la orina.
Para detectarlas, se han diseñado plataformas basadas en SERS, que utilizan filtros para facilitar la separación y la detección de las bacterias. Sin embargo, las señales Raman generadas siguen siendo débiles, lo que limita la sensibilidad de la detección. Esta limitación se atribuye a una discrepancia en la escala de los componentes del sistema: mientras que los puntos calientes plasmónicos (hot spots), responsables de la amplificación de la señal Raman, se localizan en la escala nanométrica, las bacterias tienen dimensiones micrométricas. Esta diferencia de tamaño dificulta la interacción entre las bacterias y los puntos calientes y, en consecuencia, reduce la amplificación de la señal SERS.
En este estudio, un grupo de investigadores de Corea del Sur desarrolló una plataforma SERS con un filtro integrado y una estrategia de ingeniería para reconstruir los puntos calientes en el microambiente bacteriano. Después de capturar selectivamente las bacterias por su tamaño, fue posible hacer crecer nanopartículas de Au y formar estructuras plasmónicas directamente a su alrededor. De esta manera, los puntos calientes se localizan en la interfase bacteria-sustrato, lo que permite resolver la discrepancia de escala entre ambos y, al mismo tiempo, aumentar la probabilidad de interacción y acoplamiento.
Con este proceso de integración de la plataforma propuesta se logra alta sensibilidad y selectividad en condiciones clínicas relevantes. Además, dado que la intensidad de la señal SERS se correlaciona directamente con la viabilidad de las bacterias, este sistema permite realizar pruebas rápidas de la susceptibilidad antimicrobial (AST, por sus siglas en inglés, Antimicrobial Susceptibility Testing), que provee información diagnóstica en un lapso temporal reducido.
Para mayor información, consultar: Small Methods