Aplicaciones electroanalíticas de Quantum Dots y nanopartículas de fosfatos de titanio

Resumen

El objetivo de esta Tesis Doctoral fue el estudio de diferentes aplicaciones electroanalíticas usando dos tipos de nanopartículas semiconductoras: quantum dots y fosfato de titanio. Los electrodos serigrafiados son una herramienta muy utilizada para el desarrollo de biosensores electroquímicas, y fueron utilizados a lo largo de este trabajo. Sin embargo, poco se conoce sobre el comportamiento electroquímico a nivel estructural de su superficie heterogénea. Por esta razón, en primer lugar, se afrontó el estudio del comportamiento electroquímico localizado de electrodos serigrafiados utilizando técnicas electroquímicas y estructurales microscópicas con alta resolución espacial, para correlacionar la actividad electroquímica, visualizada de forma dinámica, con la estructura electródica. Los quantum dots son nanopartículas semiconductoras de compuestos metálicos, que presentan unas propiedades ópticas y electroquímicas muy interesantes, y son ampliamente utilizadas en aplicaciones con fundamento óptico, energético o bioanalítico. Sus propiedades dependen fuertemente del tamaño, por lo que es importante su caracterización. Diferentes aplicaciones utilizando quantum dots fueron desarrolladas en esta Tesis Doctoral. En primer lugar, se desarrolló un método sencillo, rápido, barato y muy sensible para la determinación de la concentración y tamaño de quantum dots en medio acuoso y orgánico. Por otro lado, se utilizaron quantum dots como marca de biosensores electroquímicos integrados, desarrollándose un método para su determinación in situ sobre la superficie de electrodos serigrafiados, en la misma plataforma donde se realiza el bioensayo previo. Diferentes biosensores para especies de interés fueron optimizados: para la detección de biotina, y para la detección de biomarcadores de la enfermedad celíaca. Por otro lado, las propiedades electrónicas y superficiales de los quantum dots conducen a la posibilidad de una reducción (y re-oxidación) selectiva de plata sobre su superficie. Este proceso es estudiado en profundidad con técnicas electroquímicas y estructurales, obteniendo información sobre la diferente nucleación y crecimiento de nanopartículas de plata sobre los quantum dots y sobre una superficie de carbono. Se describen dos posibles aplicaciones de este proceso como son la generación de superficies nanoestructuradas localizadas y la detección sensible de quantum dots. Las nanopartículas de fosfato de titanio tienen un gran poder de intercambio iónico, propiedad que les permite ser funcionalizadas con metales electroactivos que pueden utilizarse en diferentes aplicaciones, siendo la más destacada su empleo como marca de detección de biosensores electroquímicos. En este trabajo, se evalúan las propiedades electroquímicas de nanopartículas de fosfato de titanio modificadas con plata, bismuto, cobre, mercurio y cadmio, con el objetivo de obtener una marca de detección muy sensible por la introducción de una cantidad muy alta de metal en su estructura. Diferentes métodos electroquímicos de detección de estas nanopartículas son optimizados, con especial énfasis en la detección simultánea para su empleo en biosensores multianalito. Dos estrategias de funcionalización con biomoléculas se llevan a cabo, demostrando la utilidad de ambas en sistemas bioanalíticos. La capacidad de estas nanopartículas de utilizarse como marca en biosensores electroquímicos desechables es evaluada con la reacción de afinidad biotina-estreptavidina, y a continuación, se llevó a cabo un biosensor multianalito para la detección de biomarcadores de la enfermedad celíaca. Por último, se estudia el potencial electrocatalítico de las nanopartículas de fosfato de titanio hacia algunas reacciones electroquímicas muy importantes como son la reacción de evolución de hidrógeno, la reducción de peróxido de hidrógeno, y la oxidación de glucosa.