Estrategias de detección electroquímica basadas en nanopartículas y nanocanales para aplicaciones en biosensores

Resumen

Dentro del ámbito de la Química Analítica, los biosensores con transducción electroquímica son de gran interés para el desarrollo de sistemas sensibles, sencillos y económicos que permitan realizar medidas electroquímicas in situ en el punto de atención (POC, point-of-care). Dentro de este contexto, los inmunosensores (biosensores de afinidad basados en interacciones específicas antígeno-anticuerpo) electroquímicos permiten dar una respuesta rápida, de bajo coste y fiable a muchos de los retos que se plantean en el diagnóstico clínico o en el control ambiental, entre otros campos. Uno de los requisitos fundamentales de un inmunosensor es proporcionar una alta sensibilidad de respuesta, y un bajo límite de detección. Con el objetivo de aumentar la sensibilidad se emplean marcas, tradicionalmente enzimáticas, que permiten monitorizar los cambios que se producen como consecuencia de la reacción de afinidad antígeno-anticuerpo. Las excelentes propiedades de las nanopartículas (NPs) junto con su facilidad de bioconjugación y sencilla producción en masa hacen que este nanomaterial se esté empleando cada vez con mayor frecuencia como marca en el desarrollo de inmunosensores electroquímicos de elevada sensibilidad. Por todo ello, la presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de nuevas estrategias de detección electroquímica basadas en nanopartículas, para su aplicación en el desarrollo de biosensores electroquímicos. En particular, se investigan nuevas propiedades electroactivas (red-ox) y electrocatalíticas de diversos tipos de nanopartículas. Además, se describe el desarrollo de un biosensor electroquímico basado en nanocanales de estado sólido (membranas nanoporosas). En el Capítulo 1 se hace una Introducción general sobre los biosensores electroquímicos, centrándose en los inmunosensores, y las ventajas que supone el empleo de: i) nanopartículas como marca alternativa a enzimas, ii) membranas nanoporosas como plataforma. Además, se hace una revisión bibliográfica sobre el estado del arte del empleo de nanopartículas como marca en inmunosensores electroquímicos. En el Capítulo 2 se establecen los Objetivos de la presente Tesis Doctoral. En el Capítulo 3 se presenta la síntesis y caracterización de nanopartículas de óxido de cerio recubiertas de ácido poliacrílico (PAA-CNPs), así como el desarrollo de un nuevo método de detección basado en sus propiedades oxidativas sobre el proceso de transferencia electrónica del par red-ox ferrocianuro/ferricianuro. En el Capítulo 4 se describe la síntesis, caracterización y estudio de las propiedades electroactivas de nanopartículas de seleniuro de mercurio (II) (HgSe NPs), así como el desarrollo de un nuevo método para su determinación, como alternativa a las técnicas de análisis elemental convencionales. En el Capítulo 5 se describe la síntesis y caracterización de nanopartículas bifuncionales tipo núcleo@recubrimiento de oro, platino y oro (Au@Pt/Au NPs) y se presenta la evaluación de la actividad electrocatalítica de las mismas sobre la reacción de oxidación del agua (WOR) en medio neutro. Además, se describe el uso de dichas nanopartículas como marca electrocatalítica en el desarrollo de un inmunosensor para un biomarcador de Alzheimer. En el Capítulo 6 se presentan resultados preliminares relacionados con el desarrollo de un biosensor electroquímico basado en membranas nanoporosas para la detección de lisozima, un biomarcador de infecciones en heridas. Finalmente, en el Capítulo 7 se discuten las Conclusiones generales obtenidas a lo largo de la Tesis Doctoral junto con las Perspectivas de Futuro planteadas para seguir con las líneas de trabajo establecidas en esta Tesis Doctoral.