Fotobiología y biotecnología: irradiación óptica controlada de células y tejidos

La fotobiología estudia cómo la radiación óptica –desde el UV-C hasta el infrarrojo cercano– interactúa con el material biológico: con el ADN, las proteínas, los fotosensibilizadores, los fotorreceptores y las estructuras celulares. La biotecnología aplica este conocimiento como una herramienta deliberada –para inactivar microorganismos, controlar vías de señalización celular, llevar a cabo el tratamiento fotodinámico de tejidos o impulsar la modificación de biomoléculas mediada por la luz–. El reto técnico central es que los sistemas biológicos no responden a la potencia eléctrica de la lámpara ni a un tiempo de exposición genérico, sino a la irradiancia espectral que realmente llega al lugar de acción, a la dosis resultante y a la eficacia de los fotones individuales en función de la longitud de onda. Sin una medición óptica trazable, cualquier observación biológica sigue siendo solo parcialmente reproducible.

Desde el punto de vista técnico, el cambio principal es un desplazamiento en las fuentes de luz utilizadas: de las lámparas de vapor de mercurio de banda ancha hacia los LED UV de banda estrecha y las fuentes excímeras. Ese cambio eleva el nivel de exigencia de la caracterización fotobiológica, porque cada nueva combinación de longitudes de onda requiere su propio espectro de acción, su propio perfil de seguridad conforme a IEC 62471, y su propia dosimetría. La creciente atención regulatoria –por ejemplo, las actualizaciones de 2022 y 2023 de IEC 62471-6 para productos de lámparas UV e IEC 62471-7 para radiación visible– es una consecuencia directa de esta proliferación de tipos de fuentes.

El cambio de las lámparas de mercurio a los LED UV modifica no solo el coste y la eficiencia, sino también los métodos disponibles: dado que las matrices de LED proporcionan varias longitudes de onda de forma simultánea y controlable de manera independiente, los espectros de acción pueden determinarse ahora directa y experimentalmente variando la longitud de onda de excitación, en lugar de depender de un puñado de líneas de lámpara fijas. El establecimiento de fuentes far-UVC en torno a 222 nm abre aplicaciones más allá de la desinfección clásica (véase desinfección UV), porque su escasa penetración en el tejido y su fotoquímica distintiva –evidenciada por rendimientos cuánticos notablemente más altos para la fotólisis de ciertas clases de biomoléculas– permiten nuevos perfiles de seguridad y mecanismos de acción (Jing et al., 2024, Water Research). En el plano regulatorio, el Convenio de Minamata está impulsando la eliminación progresiva a escala mundial de las lámparas que contienen mercurio para el alumbrado general de aquí a 2027; las fuentes UV especializadas para investigación y desinfección se abordan hasta ahora mediante exenciones específicas, pero también están sometidas a una presión creciente para adaptarse (Convenio de Minamata sobre el Mercurio – Exenciones). Paralelamente, la IEC y la CIE han actualizado sus normas de seguridad para lámparas y sistemas de lámparas –IEC 62471-6:2022 para productos de lámparas UV, incluidos los LED UV, e IEC 62471-7:2023 para fuentes que emiten predominantemente luz visible–, lo que hace que la clasificación del riesgo fotobiológico de las nuevas fuentes LED y láser sea cada vez más vinculante (IEC Webstore).

Los tamaños de mercado, las tasas de crecimiento y las fuentes de este campo de aplicación se resumen en la página evolución del mercado de la tecnología UV.

Los efectos biológicos surgen de la absorción de fotones por moléculas específicas, los cromóforos: los ácidos nucleicos absorben preferentemente en el rango UV-C y UV-B, los aminoácidos aromáticos y las flavinas en el rango UV-A y azul, las porfirinas y otros fotosensibilizadores a menudo en el rango visible azul y rojo. Cuando un fotón de energía adecuada incide sobre un cromóforo, puede desencadenar una transición electrónica que inicia una reacción fotoquímica: daño al ADN, generación de oxígeno singlete o un cambio conformacional en una proteína fotorreceptora, por ejemplo. La probabilidad de esa conversión se describe mediante el rendimiento cuántico. Dado que los espectros de absorción dependen de la longitud de onda, la eficacia fotobiológica de una fuente no está determinada por su potencia total, sino por el producto de la irradiancia espectral y un espectro de acción dependiente de la longitud de onda que indica la eficiencia relativa de cada longitud de onda para un determinado efecto biológico (BIPM SI Brochure, Appendix 3).

Existe una amplia gama de tecnologías de fuentes disponibles para la irradiación controlada de muestras biológicas, que difieren en el ancho de banda, el rango de longitud de onda, la carga térmica sobre la muestra y el comportamiento de envejecimiento.

Las lámparas de mercurio de baja presión emiten de forma casi monocromática a 253,7 nm y se utilizan tradicionalmente para aplicaciones UV-C en microbiología y desinfección. Las lámparas de mercurio de media y alta presión proporcionan un espectro de líneas de banda ancha desde UV-B hasta el visible y sirven, entre otras cosas, como fuente de bajo coste para ensayos de fotoestabilidad. Las lámparas de arco de xenón simulan la luz solar (D65/ID65) con un espectro continuo filtrado y son la fuente de referencia en los ensayos farmacéuticos de fotoestabilidad conforme a ICH Q1B. Las lámparas excímeras, por ejemplo basadas en cloruro de kriptón, emiten de forma cuasi monocromática, a 222 nm, por ejemplo, y están cobrando relevancia más allá de la mera desinfección debido a su menor profundidad de penetración en la piel y los ojos y a su fotoquímica particular (Ma et al., 2023). Los LED UV y visibles son de banda estrecha, se conmutan de forma casi instantánea, no contienen mercurio y pueden combinarse en matrices que abarcan varias longitudes de onda, lo que facilita enormemente el registro directo de espectros de acción. Los láseres y diodos láser proporcionan una alta densidad de potencia en un área muy pequeña y se utilizan sobre todo cuando la luz debe conducirse mediante fibra óptica hasta un punto definido, como en optogenética o en tratamientos fotodinámicos focalizados.

El efecto fotobiológico de una exposición no está determinado por una única magnitud, sino por la interacción de varias magnitudes físicas que deben registrarse por separado.

La irradiancia (en W/m² o mW/cm²) describe la potencia radiante que incide sobre una superficie y determina la rapidez con la que se alcanza una dosis. La dosis, o exposición radiante (en J/m² o mJ/cm²), es la integral temporal de la irradiancia y es la magnitud que generalmente se correlaciona con un efecto biológico como una reducción logarítmica o un eritema. La irradiancia espectral (W/(m²·nm)) es la magnitud base siempre que se deban comparar, combinar o ponderar varias longitudes de onda mediante un espectro de acción; a partir de ella se puede derivar cualquier magnitud ponderada deseada, pero no a la inversa. La irradiancia efectiva, ponderada por el espectro de acción, tiene en cuenta que no todos los vatios de potencia óptica son igualmente eficaces; solo cuenta la fracción ponderada por el espectro de acción relevante. El flujo de fotones (fotones por segundo y área, a menudo expresado en µmol·m⁻²·s⁻¹) es relevante en fotobiotecnología, ya que las reacciones fotoquímicas están, en última instancia, limitadas por fotones y no por energía. La duración de la exposición y la temperatura de la muestra deben registrarse de forma independiente, ya que los efectos térmicos pueden superponerse a los efectos fotoquímicos sin que ello resulte evidente a partir de la dosis por sí sola.

Un error frecuente es equiparar la potencia eléctrica de la lámpara con la dosis óptica en el lugar de acción. Entre la lámpara y la estructura diana se interponen la distancia, la óptica, posiblemente un filtro, la pared del recipiente, una tapa, el medio de cultivo y, en siembras densas, las propias células; cada una de estas capas atenúa la radiación de forma dependiente de la longitud de onda. Por tanto, una medición tomada por encima del recipiente de la muestra describe la fuente, no la exposición real de la capa celular.

Igualmente frecuente es suponer que indicar solo un tiempo constituye una documentación suficiente. Según la ley de reciprocidad de Bunsen-Roscoe, el producto de la irradiancia y el tiempo es constante para procesos puramente fotoquímicos; sin embargo, en los sistemas biológicos esta reciprocidad solo se cumple dentro de una ventana limitada de intensidad y tiempo. Los mecanismos de reparación, el reabastecimiento de oxígeno y el transporte de masa operan en sus propias escalas temporales, de modo que la misma dosis administrada a alta irradiancia durante poco tiempo puede producir un resultado distinto que la misma dosis a baja irradiancia durante un tiempo prolongado (resumen del fallo de reciprocidad en fotobiología; estudio sobre los límites de la reciprocidad fotobiológica). Por ello, quien compare series de experimentos debe indicar la irradiancia, el tiempo y la dosis por separado, en lugar de tratar una exposición más corta a mayor intensidad como una conversión neutra.

Un tercer aspecto, a menudo subestimado, es confundir las dosis de la bibliografía con valores de proceso directamente transferibles: una dosis de inactivación de, por ejemplo, 10 mJ/cm² indicada para una fuente excimer de 222 nm en particular (Ma et al., 2023) es válida para la geometría de medición y la matriz allí descritas; trasladarla a un espesor de muestra distinto, a un medio turbio o a otra longitud de onda no es admisible sin una nueva medición. Por último, a menudo se subestima que los efectos térmicos y fotoquímicos pueden solaparse: una fuente de banda ancha y alta potencia calienta la muestra de forma medible, y una reacción desencadenada puramente por vía térmica solo puede separarse del efecto fotoquímico si ambos efectos se registran de forma aislada (Höhn et al., 2015).

La transmitancia espectral de los recipientes de muestra depende en gran medida de la longitud de onda y es, en la práctica, una de las mayores fuentes de error, aunque de las menos documentadas. Las tapas y placas estándar de poliestireno pueden atenuar la radiación UV-C y UV-B varios órdenes de magnitud más que la radiación UV-A o la luz visible, de modo que un experimento documentado simplemente como «irradiación UV» puede, en realidad, haber suministrado dosis muy diferentes a la muestra según el recipiente utilizado. Los propios medios de cultivo contienen componentes que absorben UV y luz azul –el rojo de fenol como indicador de pH, o la riboflavina, por ejemplo– que, conforme a la ley de Beer-Lambert, atenúan la irradiancia de forma exponencial al aumentar el espesor de la capa; incluso unos pocos milímetros de medio pueden reducir de forma considerable la dosis que llega al fondo del cultivo. Con una siembra celular densa, se suma a esto un «efecto de filtro interno», por el cual las células cercanas a la superficie reciben una proporción mayor de la dosis que las situadas más abajo. En las microplacas, la formación de menisco en la superficie del líquido genera además una irradiancia no homogénea y dependiente de la posición dentro de un mismo pocillo. Siempre que se desconozca alguno de estos factores de influencia, conviene medir la irradiancia real en la ubicación prevista de la muestra en lugar de en el haz libre.

Dos magnitudes explican por qué una dosis idéntica no produce automáticamente un efecto idéntico cuando cambia la longitud de onda: la energía del fotón y el rendimiento cuántico.

La energía del fotón se obtiene de

E_photon = h · c / λ

con la constante de Planck h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s, la velocidad de la luz c = 2,998 × 10⁸ m/s y la longitud de onda λ. Por lo tanto, las longitudes de onda más cortas transportan más energía por fotón.

El rendimiento cuántico Φ describe cuántos eventos fotoquímicos se producen por fotón absorbido:

Φ = (número de eventos fotoquímicos) / (número de fotones absorbidos)

Φ no es una constante natural; depende de la molécula específica, de su entorno y, a menudo, de la propia longitud de onda de excitación (IUPAC Gold Book). Una condición previa para aplicar cualquiera de estas magnitudes de forma significativa es que la radiación se absorba realmente: los fotones que no se absorben no contribuyen a la reacción, independientemente de su energía. Dos fuentes con la misma irradiancia pero distinta longitud de onda suelen producir efectos fotobiológicos diferentes, tanto porque la molécula diana absorbe en distinto grado como porque el propio rendimiento cuántico puede depender de la longitud de onda.

Pregunta: la desinfección UV y la investigación en fotobiología emplean cada vez más fuentes excimer a 222 nm en lugar de las lámparas de mercurio de baja presión convencionales a 254 nm. ¿Cómo difiere la energía fotónica entre ambas longitudes de onda y qué significa esto para la eficacia fotoquímica?

Suposiciones: radiación monocromática a λ₁ = 222 nm y λ₂ = 254 nm; h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s; c = 2,998 × 10⁸ m/s.

Modelo: E_fotón = h · c / λ

Cálculo:
E₁ = (6,626 × 10⁻³⁴ J·s × 2,998 × 10⁸ m/s) / 222 × 10⁻⁹ m ≈ 8,95 × 10⁻¹⁹ J
E₂ = (6,626 × 10⁻³⁴ J·s × 2,998 × 10⁸ m/s) / 254 × 10⁻⁹ m ≈ 7,82 × 10⁻¹⁹ J
Convertido a electronvoltios (1 eV = 1,602 × 10⁻¹⁹ J): E₁ ≈ 5,59 eV, E₂ ≈ 4,88 eV.

Resultado: un fotón a 222 nm tiene aproximadamente un 14 % más de energía que un fotón a 254 nm.

Interpretación técnica: esta diferencia concuerda con los hallazgos experimentales de que el rendimiento cuántico para la fotólisis de nucleobases y aminoácidos a 222 nm es de 4 a 61 veces superior que a 254 nm (Jing et al., 2024, Water Research). En la práctica, esto significa que una dosis radiométrica igual (J/cm²) a diferentes longitudes de onda no produce automáticamente un efecto biológico comparable; medir e indicar la irradiancia por sí sola, sin una referencia a la longitud de onda, no es suficiente para describir un proceso de forma reproducible ni para transferirlo entre fuentes.

Dermatología y fototerapia. La UV-B de banda estrecha (a menudo en torno a 311 nm) se utiliza para tratar la psoriasis y el vitíligo. La magnitud crítica aquí es la dosis eritematógena mínima (DEM) individual del paciente, que varía de una persona a otra y se evalúa frente al espectro de acción eritematógeno conforme a la ISO/CIE 17166.

Terapia fotodinámica (TFD). Un fotosensibilizador se excita con luz cuya longitud de onda coincide con sus bandas de absorción: en torno a 405 nm (banda de Soret) para lesiones superficiales, o de 630 a 635 nm para lesiones más profundas. La magnitud crítica del proceso es la profundidad de penetración, que es máxima en la llamada ventana terapéutica, entre aproximadamente 600 y 850 nm, donde la dispersión y la absorción por el tejido son mínimas (resumen de la física de la TFD, PMC).

Biología celular y microbiología. En laboratorios de investigación, los cultivos bacterianos y celulares se irradian en condiciones definidas para estudiar los mecanismos de reparación del ADN, las tasas de mutagénesis o la fototoxicidad, por ejemplo mediante una cámara de irradiación BS-02. El requisito crítico es la reproducibilidad de la dosis en la ubicación real de la muestra a lo largo de numerosas repeticiones y días de experimento (Estévez Castro et al., 2018).

Ensayos de fotoestabilidad farmacéutica. Conforme a la ICH Q1B, los principios activos y los medicamentos terminados deben exponerse a una dosis definida de luz UV y visible (al menos 200 W·h/m² de UV y 1,2 millones de lux-hora de luz visible) para evaluar la degradación inducida por la luz. El factor crítico es la coincidencia espectral exacta de la fuente de ensayo con el espectro de referencia D65/ID65 (EMA/ICH Q1B), tratado con más detalle en Farmacia y fotoestabilidad.

Optogenética y neurociencia. Los fotorreceptores codificados genéticamente, como la channelrhodopsina (activada en torno a 473 nm) o la halorhodopsina (inhibida en torno a 590 nm), se controlan mediante LEDs o láseres acoplados a fibra. La magnitud crítica es la irradiancia en la punta de la fibra o en el tejido diana, no la potencia de salida de la fuente (resumen de fuentes de luz optogenéticas, PMC).

Fotobiotecnología e ingeniería de bioprocesos. La luz se emplea cada vez más como herramienta selectiva en química de proteínas, por ejemplo para la funcionalización de biomoléculas asistida por luz, así como para iluminar microorganismos fotosintéticamente activos en biorreactores (Berton & Holland, 2025). El factor crítico aquí es el flujo de fotones por unidad de volumen y la iluminación lo más homogénea posible del volumen del reactor.

Cosmética e investigación de protectores solares. Los ensayos in vitro de la eficacia de filtros UV y fotosensibilizadores utilizan irradiación ponderada por eritema o fototoxicidad. El factor crítico es el grado en que el espectro de ensayo coincide con el espectro UV solar, ya que determinadas combinaciones de ingredientes activos pueden ser marcadamente selectivas en función de la longitud de onda.

Para el cribado altamente paralelo en microplacas, se utilizan matrices de LED con longitudes de onda y posiciones direccionables individualmente para compensar la inhomogeneidad espacial mediante la calibración de pocillos individuales.

Para fuentes pulsadas como las lámparas de destellos de xenón, una medición puramente integrada en el tiempo resulta insuficiente cuando la forma del pulso en sí misma es fotobiológicamente relevante; aquí se requieren métodos de medición resueltos en el tiempo.

Para muestras térmicamente sensibles —muestras de tejido vivo o enzimas sensibles a la temperatura, por ejemplo— se combinan soportes de muestras refrigerados con monitorización continua de la temperatura para separar claramente los efectos fotoquímicos de los térmicos.

Para aplicaciones in vivo como la optogenética de fibra óptica o la PDT intersticial, la medición en haz libre resulta fundamentalmente inadecuada; en su lugar, la irradiancia debe estimarse en la punta distal de la fibra o mediante un modelo de tejido validado.

El punto de partida de cualquier plan de medición es determinar qué magnitud es realmente relevante para el criterio biológico en cuestión, y no qué instrumento resulta estar disponible. Si solo se emplea una única longitud de onda bien caracterizada y ya se conoce su ponderación según el espectro de acción, puede bastar con un radiómetro de banda ancha como el RMD Pro con una combinación de filtros adaptada a ese espectro de acción (véase Selección de sensores UV para más información sobre la elección del sensor). En cuanto se deban comparar, combinar o evaluar de nuevo varias longitudes de onda, o cuando se trate de una fuente desconocida o de banda ancha sujeta a envejecimiento, es necesaria una medición espectral con un espectrorradiómetro como el SR900, ya que a partir de una lectura integral no se puede recuperar posteriormente ninguna información espectral.

Las mediciones deben realizarse siempre en la ubicación real de la muestra, en la posición de la capa celular y no en el haz libre por encima de la tapa del recipiente, porque de lo contrario se subestima sistemáticamente la atenuación causada por el material del recipiente y el medio. Las incertidumbres de medición relevantes surgen del desajuste espectral entre la respuesta del sensor y el espectro real de la fuente, de la dependencia angular de la respuesta del sensor (error de coseno) bajo incidencia no paralela, y de la incertidumbre de calibración del patrón de referencia utilizado. Las mediciones con resolución espacial son necesarias cuando la muestra es mayor que el área uniformemente iluminada de la fuente, por ejemplo, placas multipocillo bajo una única matriz de LED. La resolución temporal cobra relevancia en fuentes pulsadas o con deriva cuya emisión cambia dentro del periodo de exposición.

En procesos de irradiación automatizados, por ejemplo, series de experimentos con muchas muestras a lo largo de semanas o meses, no basta con ajustar una sola vez la potencia de la lámpara y el tiempo de exposición, porque la irradiancia real cambia continuamente debido al envejecimiento de la lámpara, la contaminación de la óptica y la deriva térmica. El funcionamiento con control de la dosis, tal como lo implementa el control de la dosis del UV-MAT en una cámara de irradiación, mide de forma continua la irradiancia con un sensor calibrado y finaliza automáticamente la exposición en cuanto se alcanza la dosis objetivo, en lugar de apagarse tras un tiempo fijo. Esto desacopla la dosis realmente administrada del envejecimiento de la fuente y mantiene comparables las series de experimentos durante largos periodos.

En entornos regulados, por ejemplo, laboratorios de ensayo próximos a GMP o laboratorios de calibración acreditados conforme a DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03, resulta además relevante un registro trazable y documentado de cada dosis individual, de modo que las comparaciones entre lotes o experimentos sigan siendo verificables a posteriori; la trazabilidad metrológica de los sensores utilizados la proporciona el laboratorio de calibración acreditado.

En la práctica, la irradiancia espectral suele registrarse con un espectrorradiómetro calibrado que abarca en una sola medición el UV, la luz visible y, cuando procede, el rango del infrarrojo cercano. Para mediciones rutinarias sobre fuentes conocidas se emplean radiómetros con sensores ponderados según el espectro de acción, cuya respuesta espectral ya ha sido configurada para adaptarse a un espectro de acción definido. Para exposiciones definidas y con control de la dosis de cultivos celulares y bacterianos se utilizan cámaras de irradiación como el UV-MAT, con canales espectrales conmutables de forma independiente, cuyo control de la dosis se basa en la irradiancia realmente medida y no simplemente en la nominal.

Separa experimentalmente el efecto puramente térmico del efecto fotoquímico de una exposición, precisamente el tipo de solapamiento que las exposiciones más largas suelen enmascarar.
Actual isothermal effects of water-filtered infrared A-irradiation
Höhn, Annika, et al. "Actual isothermal effects of water-filtered infrared A-irradiation." Photochemistry and Photobiology 91.4 (2015): 887–894.

Muestra, mediante datos de expresión génica, que la irradiación a 222 nm fotolisa directamente las enzimas de reparación, y aporta el rendimiento cuántico marcadamente superior para la fotólisis de nucleobases y aminoácidos a 222 nm frente a 254 nm en el que se basa el ejemplo desarrollado en esta página.
Suppression of photoreactivation of E. coli by excimer far-UV light (222 nm) via damage to multiple targets
Jing, Zi-Bo, et al. "Suppression of photoreactivation of E. coli by excimer far-UV light (222 nm) via damage to multiple targets." Water Research 255 (2024): 121533.

Caracteriza la cinética de inactivación de varios patógenos y sustitutos bajo irradiación excimer a 222 nm, y aporta el orden de magnitud de dosis para la desinfección far-UVC citado en esta página.
UV Inactivation of Common Pathogens and Surrogates Under 222 nm Irradiation from KrCl* Excimer Lamps
Ma, Ben, et al. "UV Inactivation of Common Pathogens and Surrogates Under 222 nm Irradiation from KrCl* Excimer Lamps." Photochemistry and Photobiology (2023).

Los siguientes trabajos de usuarios muestran la amplitud del campo: desde reacciones cutáneas hasta mecanismos de reparación y química de proteínas impulsada por la luz.

Investiga cómo la exposición a la radiación UV modifica la respuesta inflamatoria de las células inmunitarias de la piel.
Influence of UV irradiation on the skin-immune cell inflammatory response
Miceli, Rebecca, et al. "Influence of UV irradiation on the skin-immune cell inflammatory response." Research Square (2026).

Selecciona mezclas de compuestos de origen vegetal para la formulación de protectores solares en función de la eficacia y la citotoxicidad, tratando el efecto protector como una magnitud ponderada espectralmente.
Rational Selection of Phytochemical Mixtures for Sunscreen Development Based on in vitro Efficacy and Cytotoxicity Profiles
Martínez, Silvia Ximena Barrios, et al. "Rational Selection of Phytochemical Mixtures for Sunscreen Development Based on in vitro Efficacy and Cytotoxicity Profiles." Revista Brasileira de Farmacognosia 36.1 (2026).

Compara la radiotoxicidad y la fototoxicidad en las mismas líneas celulares y evalúa el efecto potenciador de varios fotosensibilizadores, irradiados con una cámara de irradiación BS-04.
Comparison of Radio- and Phototoxicity in Association with an Enhancing Effect of the Photosensitizers Psoralen, Trioxsalen and Ortho-Iodo-Hoechst33258
Tietze, Katja, et al. "Comparison of Radio- and Phototoxicity in Association with an Enhancing Effect of the Photosensitizers Psoralen, Trioxsalen and Ortho-Iodo-Hoechst33258 on FaDu, PC-3, 4T1 and B16-F10 Cells." Biomedicines 13.1 (2024): 73.

Muestra en mutantes deficientes en reparación hasta qué punto la reparación celular determina el resultado de una exposición UV.
Influence of uvrA, recJ and recN gene mutations on nucleoid reorganization in UV-treated Escherichia coli cells
Estévez Castro, Carlos Felipe, Jorge Humberto Serment-Guerrero, and Jorge Luis Fuentes. "Influence of uvrA, recJ and recN gene mutations on nucleoid reorganization in UV-treated Escherichia coli cells." FEMS Microbiology Letters 365.11 (2018): fny110.

Utiliza la luz como herramienta selectiva en la química de proteínas en lugar de como factor de estrés.
Light-induced chemistry for protein functionalisation
Berton, Cesare, and Jason P. Holland. "Light-induced chemistry for protein functionalisation." Chemical Communications (2025).

En los ámbitos temáticos de fotobiología, biotecnología y medicina, los clientes de Opsytec han publicado un total de 34 trabajos; figuran en Publicaciones de clientes – por tema.

• ISO/CIE 17166:2019 – Erythema reference action spectrum and standard erythema dose (iso.org)
• IEC 62471 (serie) – Seguridad fotobiológica de lámparas y sistemas de lámparas, incl. IEC 62471-6:2022 (productos de lámparas UV) e IEC 62471-7:2023 (radiación visible) (webstore.iec.ch)
• DIN 5031-10:2018 – Optical radiation physics and illuminating engineering, Part 10: Photobiologically effective radiation, quantities, symbols and effects (dinmedia.de)
• ICH Q1B – Photostability Testing of New Active Substances and Medicinal Products (ema.europa.eu)
• BIPM, SI Brochure, Appendix 3 – Units for photochemical and photobiological quantities (bipm.org)
• ISO 21348:2007 – Definitions of Solar Irradiance Spectral Categories (límites UV-A/-B/-C) (iso.org)

¿Cómo funciona el efecto biológico de la radiación UV?
Los fotones UV son absorbidos por cromóforos como las bases del ADN o las proteínas y desencadenan reacciones fotoquímicas, por ejemplo, daños en el ADN o cambios estructurales. La eficacia depende en gran medida de la longitud de onda, ya que cada cromóforo tiene su propio espectro de absorción. Sin absorción no se produce ningún efecto, independientemente de la potencia aplicada.

¿Qué longitud de onda es adecuada para la terapia fotodinámica?
La longitud de onda se elige para coincidir con el espectro de absorción del fotosensibilizador utilizado. La luz azul en torno a 405 nm es adecuada para lesiones superficiales, mientras que la luz roja en torno a 630–635 nm es adecuada para regiones más profundas, ya que penetra más en el tejido. Por tanto, la elección supone un compromiso entre la eficiencia de absorción y la profundidad de penetración.

¿Qué dosis se requiere para la inactivación microbiana?
La dosis necesaria depende de la longitud de onda y del organismo. En el caso de las fuentes excimer de 222 nm, los estudios indican dosis de aproximadamente 10 mJ/cm² para lograr una reducción de 4 log en muchas bacterias y virus; las fuentes de 254 nm a menudo requieren valores comparables, aunque con efectos diferentes sobre el tejido. Los valores de la bibliografía siempre se refieren a la geometría de medición específica y no pueden trasladarse sin verificación.

¿Cuál es la diferencia entre irradiancia y dosis?
La irradiancia (W/m²) describe la potencia instantánea por unidad de superficie; la dosis (J/m²) es su integral temporal. Normalmente es la dosis la que se correlaciona con un efecto biológico, mientras que la irradiancia determina la rapidez con la que se alcanza dicha dosis. Por ello, ambas magnitudes deben documentarse por separado. La diferencia formal entre irradiancia, dosis y fluencia se explica en la descripción general de las magnitudes radiométricas.

¿Por qué una misma dosis a distintas longitudes de onda produce efectos diferentes?
Porque tanto la energía del fotón como el rendimiento cuántico dependen de la longitud de onda. Las longitudes de onda más cortas transportan más energía por fotón y pueden activar diferentes vías de reacción fotoquímica, lo que da lugar a rendimientos cuánticos notablemente distintos. Por tanto, un valor de dosis por sí solo, sin referencia a la longitud de onda, no es suficiente para comparar efectos.

¿Cómo se mide la irradiancia real de un cultivo celular?
Idealmente, en la ubicación real de la muestra, lo más cerca posible de la capa celular, y no en el haz libre por encima del recipiente. El material del recipiente, la tapa y el medio de cultivo atenúan la radiación de forma dependiente de la longitud de onda, en ocasiones en varios órdenes de magnitud. Una medición realizada fuera de estos elementos absorbentes subestima sistemáticamente la atenuación real.

¿Cuándo es suficiente una medición de banda ancha y cuándo se necesita una medición espectral?
Una medición de banda ancha con un sensor adaptado al espectro de acción es suficiente cuando se utiliza una única longitud de onda bien caracterizada. En cuanto se van a comparar, combinar o evaluar de nuevo varias longitudes de onda, o cuando la fuente es desconocida o de banda ancha, se requiere una medición espectral con un espectrorradiómetro.

¿Qué papel desempeña la temperatura en los experimentos fotobiológicos?
Las fuentes de alta potencia calientan de forma medible la muestra, y las reacciones desencadenadas térmicamente pueden superponerse al efecto fotoquímico o amplificarlo. Para lograr una separación clara se necesita un soporte de muestras refrigerado o una medición de control isotérmica paralela. Sin control de la temperatura, un efecto observado no puede atribuirse de forma fiable únicamente a la irradiación.

La fotobiología y la biotecnología limitan con varios campos afines: la fototerapia médica aplica los mismos principios fotobiológicos al tratamiento de pacientes prescrito por un médico, la fotoestabilidad farmacéutica analiza la fotosensibilidad de productos terminados en lugar de un efecto biológico, y la seguridad laboral y la seguridad fotobiológica abordan las mismas magnitudes físicas para una exposición no intencionada en lugar de deliberada. También son afines la desinfección UV como aplicación especializada de inactivación, y Plantas, agricultura y tecnología alimentaria para el efecto fotobiológico sobre material vegetal. El aspecto fisicoquímico de la excitación, la sensibilización y el rendimiento cuántico se expone en fotoquímica.

¿No está seguro de qué dosis llega realmente a una capa celular a través de una tapa, el medio de cultivo y la pared del recipiente? Una evaluación fotobiológica sólida comienza con una medición en la ubicación real de la muestra, no en el haz libre de la lámpara. Para la irradiación definida y con control de la dosis de cultivos celulares y bacterianos, el UV-MAT control de la dosis resulta muy adecuado; para la caracterización espectral de fuentes desconocidas o combinadas, el espectrorradiómetro SR900; y para el monitoreo rutinario de fuentes conocidas, el radiómetro RMD Pro. La calibración y la trazabilidad metrológica de los sensores utilizados las proporciona el laboratorio de calibración acreditado conforme a la norma ISO/IEC 17025. Póngase en contacto con nosotros para su tarea de medición.