Funcionalización y caracterización de nanozeolitas para su aplicación como marcadores de biosensores electroquímicos

Resumen

Dada la experiencia previa de nuestro grupo en la funcionalización de nanopartículas de fosfato de titanio (NPFT), y teniendo en cuenta que las NPFT y las nanozeolitas (NZ) poseen una capacidad similar para intercambiar cationes y para ser funcionalizadas, decidimos iniciar una colaboración con el grupo del Dr. Manuel Moliner Marín (ITQ-UPV), experto en el campo de las zeolitas, y el grupo del Profesor Agustín Costa (Departamento de Química Analítica de la Universidad de Oviedo), experto en electroquímica, para estudiar la funcionalización y bioconjugación de nanozeolitas cargadas con cationes electroquímicamente activos, con el objetivo final de preparar nuevas marcas para biosensores electroquímicos. En una primera etapa, logramos incorporar cationes de Cd2+ a la nanozeolita H-Beta por tratamiento con una disolución acuosa de Cd(CH3COO)2. Posteriormente, las nanopartículas resultantes fueron funcionalizadas con distintas aminas y poliaminas: n-octilamina, OA, 1,8-octanodiamina, ODA, tris(2-aminoetil)amina, TREN, y poli(hidrocloruro de alilamina), PAH. Los productos resultantes fueron caracterizados mediante FTIR, RMN de sólido de C-13 (CPMAS), DRX y HR-TEM, que pusieron de manifiesto la elevada tendencia de estas zeolitas a la agregación. Seguidamente, las zeolitas cargadas únicamente con Cd2+ o cargadas con cadmio y recubiertas con ODA y PAH fueron bioconjugadas con neutravidina, NAV, por reacción directa o usando glutaraldehído como puente entre las zeolitas y la proteína. En una segunda etapa, y usando la nanozeolita comercial CP814E como modelo, la nanozeolita H-Beta fue cargada con concentraciones superiores de Cd2+, siendo funcionalizadas ambas nanozeolitas con (3-aminopropil)trietoxisilano, APTES, que se ancló en su superficie. Las nanopartículas resultantes fueron caracterizadas por RMN de sólido de Si-29 (CPMAS y BD), análisis textural: adsorción de N2, ICP-MS y FTIR. Posteriormente, las nanozeolitas fueron bioconjugadas con la NAV, con la ayuda del glutaraldehído. Las micrografías de HR-TEM mostraron que el empleo de APTES no logró evitar la aglomeración de las nanozeolitas. Finalmente, se prepararon nuevas nanozeolitas H-Beta incorporando cationes Cu2+ durante el proceso de síntesis. De todas ellas, se escogió la nanozeolita CuBeta_23 para ser funcionalizada con APTES y bioconjugada con NAV por ser la nanozeolita que contenía más cobre y con mejor distribución, tal como indicaron las micrografías FE-SEM. Usando una suspensión de agarosa en agua se logró dispersar homogéneamente la nanozeolita resultante. De este modo, se logró que la NAV enlazada a la CuBeta_23 se uniera selectivamente a la biotina anclada en un electrodo (un paso imprescindible en la preparación de marcas para biosensores).