Tipos de biosensores
Biosensores SERS
SERS son las siglas de espectroscopía Raman amplificada en superficie. La idea, en una frase: si pones una molécula sobre un metal con la nanoestructura adecuada, su señal Raman —que normalmente es casi indetectable— crece hasta seis o más órdenes de magnitud.
Revisado · 16 de septiembre de 2026
El problema que resuelve
Cuando la luz incide sobre una molécula, casi toda se dispersa sin cambiar de energía. Una fracción minúscula sale con energía distinta porque ha cedido o recibido un cuanto de vibración: es la dispersión Raman, descrita en 1928, y su interés es que esos saltos de energía son característicos de cada enlace químico. Un espectro Raman es, literalmente, una huella molecular.
El inconveniente es la estadística. El efecto es rarísimo: del orden de un fotón dispersado inelásticamente por cada 10⁶ a 10⁸ incidentes. Durante medio siglo eso relegó la técnica a muestras concentradas y puras — justo lo contrario de una muestra biológica.
Qué es SERS
En 1974 se observó que la señal Raman de la piridina sobre un electrodo de plata rugoso era desproporcionadamente intensa. Al principio se atribuyó al aumento de superficie; pronto se vio que el factor era demasiado grande para eso. El fenómeno resultó ser otro: el metal nanoestructurado concentra el campo electromagnético en volúmenes muy pequeños, y la molécula que cae en esas zonas queda expuesta a una intensidad local mucho mayor que la del haz incidente.
A esas zonas se las llama puntos calientes: huecos entre nanopartículas, puntas, aristas. Ahí es donde ocurre casi todo.
Los dos mecanismos
La amplificación tiene dos orígenes distintos, y confundirlos es el error conceptual más frecuente al leer sobre SERS.
Mecanismo electromagnético
Es el que aporta el grueso. La luz excita la resonancia de
plasmón superficial localizado de la nanoestructura, y el campo cerca de la superficie
se amplifica en un factor que llamaremos g.
La clave es que el campo actúa dos veces: amplifica la luz que llega a la molécula y amplifica la luz Raman que la molécula emite. De ahí la célebre dependencia con la cuarta potencia:
EFEM ≈ |g(ωL)|² · |g(ωR)|² ≈ |E/E₀|⁴
Esa cuarta potencia explica por qué SERS es tan sensible a la geometría: duplicar la amplificación del campo multiplica la señal por dieciséis. Y explica por qué las puntas afiladas —las de una nanoestrella, por ejemplo— valen tanto.
Este mecanismo es de largo alcance en términos moleculares: decae con la distancia a la superficie, pero alcanza algunos nanómetros. No exige que la molécula toque el metal.
Mecanismo químico o de transferencia de carga
Aporta entre uno y dos órdenes de magnitud, muchísimo menos, pero es cualitativamente distinto. Requiere contacto directo entre la molécula y el metal, y consiste en que se forman estados electrónicos mixtos molécula-superficie por los que el sistema puede transferir carga durante la excitación. Eso modifica la polarizabilidad de la molécula.
La consecuencia práctica es importante: el mecanismo químico no amplifica todas las bandas por igual. Refuerza selectivamente los modos vibracionales acoplados a la transferencia de carga. Por eso un espectro SERS no es simplemente un espectro Raman más intenso: las intensidades relativas cambian, y a veces mucho.
Cómo se mide la amplificación
La cifra estándar es el factor de amplificación analítico (AEF), que compara la señal SERS con la de una disolución normal a concentración conocida:
AEF = (ISERS / cSERS) ÷ (IRaman / cRaman)
Conviene leer estas cifras con cautela. El AEF depende de la banda elegida, de la concentración de referencia, del volumen de muestreo y de si la molécula se ha depositado sobre un punto caliente o al azar. Dos grupos pueden publicar 10⁶ y 10⁸ para el mismo sustrato sin que ninguno mienta. Los AEF solo son comparables dentro de un mismo protocolo.
Dos formas de montar un ensayo
Detección directa (label-free)
La molécula diana se adsorbe sobre el metal y se lee su propio espectro. Ventaja: no hace falta marcaje, y se obtiene información estructural real del analito. Inconveniente: la proteína en contacto con el metal se deforma. Las hélices se abren, los puentes disulfuro pueden romperse sobre plata, y el espectro que se mide no es el de la proteína en disolución.
Para un biosensor eso es un problema doble: hay que saber interpretar un espectro de proteína desnaturalizada, y la selectividad depende de que dos proteínas distintas no acaben pareciéndose al desplegarse sobre la misma superficie.
Inmunoensayo tipo sándwich
Un anticuerpo de captura inmoviliza al antígeno sobre el sustrato; un segundo anticuerpo, marcado con un reportero Raman de señal intensa y conocida, se une por el otro lado. Lo que se mide es el reportero.
Se gana selectividad —la del par de anticuerpos, que es excelente— y se pierde información estructural: el espectro ya no dice nada sobre el antígeno. También se aleja la molécula de la superficie, lo que anula el mecanismo químico y reduce el electromagnético.
Los límites, sin adornos
- Reproducibilidad. La amplificación varía punto a punto del sustrato porque los puntos calientes no están distribuidos de forma uniforme. Es la principal barrera para la traslación clínica, más que la sensibilidad.
- Orientación. Una molécula amplifica mejor los modos vibracionales cuya variación de polarizabilidad es perpendicular a la superficie. La misma molécula tumbada o de pie da espectros distintos.
- Estabilidad del sustrato. La plata amplifica más que el oro y se oxida antes. Es un compromiso permanente entre rendimiento y vida útil.
- Matrices complejas. En suero, la albúmina está en concentraciones millones de veces superiores a la del biomarcador y compite por la superficie. Sin bloqueo y captura selectiva, lo que se mide es albúmina.
Quién trabaja esto en México
El Laboratorio de Biosensores Plasmónicos de MICRONA, en la Universidad Veracruzana, trabaja las dos plataformas —directa y sándwich— sobre sustratos que fabrica el propio grupo. Su inmunoensayo con nanoestrellas Au-Ag está publicado en Biosensors 2025, 15, 632.
Para entender de dónde sale la amplificación, el siguiente paso natural es biosensores plasmónicos. Para ver a qué se aplica, detección de cáncer.