Sensor electroquímico basado en nanoesferas de dopamina auto-ensambladas

Arroquia Cobos, Andrés Miguel (2016). Sensor electroquímico basado en nanoesferas de dopamina auto-ensambladas. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Sensor electroquímico basado en nanoesferas de dopamina auto-ensambladas
Autor/es:
  • Arroquia Cobos, Andrés Miguel
Director/es:
  • García Armada, María del Pilar
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Octubre 2016
Materias:
Palabras Clave Informales: ácido ascórbico, dopamina, ácido úrico, triptófano, sensor electroquímico, polidopamina, capas autoensambladas (SAM’s), determinación simultánea, isodeterminación, electrodo modificado, nanoesferas
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El ácido L-ascórbico, el triptófano, el ácido úrico y la dopamina son cuatro compuestos presentes en la mayoría de matrices biológicas y fundamentales en la bioquímica del ser humano, cada uno con funcionalidades diferentes. El ácido L-ascórbico, o vitamina C, es un nutriente fundamental para los seres humanos y otros mamíferos. Juega un papel fundamental en la síntesis de varias moléculas y estructuras, como la triple hélice de colágeno y es causa de enfermedades en el hombre tanto por su escasez en el organismo, escorbuto; como por su exceso, cálculos renales. El organismo es incapaz de generarla y de almacenarla, por lo que su ingesta ha de ser constante y mantenida en el tiempo, tanto a través de frutas, en las cuales se halla de forma especialmente concentrada, como de otros alimentos. El triptófano, al igual que el ácido ascórbico, es un nutriente esencial para el ser humano y el organismo es incapaz de sintetizarlo. Es imprescindible como constituyente de proteínas y como precursor de varias moléculas, hormonas y neurotransmisores; razón por la cual un mal metabolismo del triptófano tiene importantes efectos neurológicos. El ácido úrico es un producto de desecho en todos los animales. En los seres humanos es especialmente importante por el valor que tiene su concentración, en orina y en sangre, como prueba diagnóstica. Así mismo su exceso es causa de varias enfermedades comunes, como la artritis, y de algunas graves, como la litiasis renal. La dopamina es un neurotransmisor, presente en el ser humano y gran variedad de animales, así como una enzima vegetal. Tiene un papel muy significativo, aunque no completamente conocido, a nivel neurológico y se sabe que influye en trastornos tan graves como la enfermedad de Parkinson, por lo que su concentración en suero sanguíneo y en orina es frecuentemente analizado en el seguimiento de una gran variedad de pacientes. Estas cuatro sustancias son determinadas diariamente en miles de muestras biológicas, especialmente humanas con fines diagnósticos, pero también en alimentos, muestras farmacéuticas o en otros tipos de matrices complejas. Aunque actualmente existen multitud de métodos para la detección de los cuatro compuestos con precisión y exactitud suficientes para los requerimientos demandados, únicamente en el caso del ácido úrico ha logrado hacerse de forma rápida, barata y descentralizada. Desde hace varios años se han venido desarrollando nuevos métodos, basados en técnicas electroanalíticas, con el fin de sustituir a los métodos clásicos. Estos nuevos métodos se basan en el empleo de sensores electroquímicos construidos a partir de electrodos modificados con recubrimientos, cada vez más avanzados, que han surgido por la necesidad de conseguir sistemas de determinación más simples, rápidos y baratos. Siguiendo esta línea de trabajo, en este Proyecto Fin de Carrera se ha desarrollado un electrodo con un recubrimiento avanzado, formado por capas autoensambladas de oro, cisteamina y glutaraldehído, sobre un sustrato de carbono vítreo, que sustentan una estructura de nanoesferas de polidopamina compuestas con nanoesferas de oro. Se ha estudiado la correcta modificación del electrodo, capa a capa, mediante métodos voltamperométricos y microscópicos, así como la caracterización de los electrodos modificados como sensores de ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina y triptófano. Para lograr este fin se emplearon distintas técnicas electroquímicas y los resultados obtenidos se compararon con las más recientes publicaciones bibliográficas. El primer paso en el proyecto fue el diseño del electrodo, para lo cual se optó por el empleo de nanoesferas de polidopamina. Este es un polímero, formado por la reducción de dopamina en disolución acuosa, cuya estructura a día de hoy no ha sido aún debidamente determinada. Pero, tras varios años de empleo en tratamientos experimentales contra el cáncer, se sospecha que pueda tener actividad catalítica sobre varias moléculas orgánicas. Se decidió igualmente componer la polidopamina con nanoesferas de oro, con el fin de aumentar aún más la superficie específica del sensor y sumar la conocida capacidad catalítica inespecífica del oro al sensor modificado. Estas nanoesferas, de entre 100 y 500nm, fueron debidamente caracterizadas mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM), consiguiéndose crear nanoesferas de polidopamina con núcleos con nanopartículas de oro y superficies colmadas de nanopartículas más pequeñas de oro, estructura esta que resultó ser más estable y duradera que las nanoesferas de polidopamina simples. Todo ello controlando estrechamente la dispersión de tamaños, con una alta esfericidad y monodispersión. El siguiente paso consistió en la modificación de los electrodos ensayados, que fueron de tres tipos, todos de carbono vítreo, material escogido por su versatilidad, bajo costo y alta capacidad de modificación. Se empleó un electrodo reutilizable de carbono vítreo pulido no nanoestructurado y dos tipos de electrodos de carbono reutilizables con superficies nanoestructuradas diferentes, lo que les confiere una mayor superficie específica. La modificación consistió en la unión de varias monocapas autoensambladas sobre la base de carbono vítreo, la primera de oro, seguida de cisteamina y glutaraldehído y finalizando con las nanoesferas de polidopamina compuestas con naoesferas de oro. La correcta modificación de los electrodos fue estudiada mediante voltametría cíclica capa a capa. A continuación se llevó a cabo el estudio de los electrodos, estudiando primeramente la capacidad de intercambio electrónico electrodo-analito, continuando por la influencia del pH y del empleo de tensioactivos y finalizando con el estudio analítico de los electrodos. El estudio analítico de los electrodos se llevó a cabo mediante voltametría diferencial de pulsos (DPV) y sirvió para caracterizarlos, determinando parámetros tan importantes como los rangos lineales de determinación para cada una de las cuatro especies estudiadas, la sensibilidad de los electrodos o el límite de detección de los mismos para cada analito. Por último se realizó un análisis de interferencias a cada tipo de electrodo, donde se estudió la capacidad de determinación simultánea para cada una de las cuatro sustancias de interés, en presencia, además, de otros posibles interferentes presentes en matrices biológicas, como ácido fólico o glucosa.

Más información

ID de Registro: 44245
Identificador DC: http://oa.upm.es/44245/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:44245
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 22 Dic 2016 07:26
Ultima Modificación: 22 Dic 2016 07:26
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