Study and development of new biosensors based on nanoparticles and nanochannels

Resumen

En el capítulo 1, se presenta una introducción general sobre el uso de nanomateriales en sistemas de biosensores electroquímicos, centrada principalmente en nanopartículas de oro y de Azul de Prusia así como en nanocanales. En este capítulo se detallan también en profundidad las aplicaciones de los sistemas basados en nanocanales de estado sólido (membranas nanoporosas). En el capítulo 2 se detallan los objetivos generales y específicos de esta tesis. En el capítulo 3 se muestran los resultados obtenidos sobre la síntesis y caracterización de nanopartículas de oro (20 nm) modificadas con péptidos derivados de k-caseina para su uso en el reconocimiento y cuantificación de bacterias patógenas, aprovechando sus propiedades como inhibidores de la adhesión bacteriana. En este trabajo se aprovecha la capacidad que tienen las AuNPs para actuar tanto como portadores del péptido como de marcadores electroactivos, permitiendo la evaluación de la interacción bacteria patógena-péptido de un modo simple y rápido gracias a la medición cronoamperométrica de la reacción de evolución de hidrógeno sobre electrodos serigrafiados de carbono. En el capítulo 4 se describe el estudio de una nueva plataforma nanoporosa basada en el ensamblaje de nanoesferas, para el desarrollo de inmunosensores electroquímicos que no requieren el uso de marcadores. El sistema sensor se prepara mediante la deposición recubrimiento por inmersión, sobre la superficie de electrodos serigrafiados ITO/PET, formando una monocapa homogénea de nanoesferas de poliestireno carboxiladas. Los espacios entre las nanopartículas generan nanocanales bien ordenados, que se bloquean a través de la formación de inmunocomplejos. Las proteínas se detectan midiendo el descenso en la señal electroquímica de un indicador red-ox convencional (Fe2/3), debido al bloqueo de los nanocanales. El sistema desarrollado es simple, rápido y altamente integrado, permitiendo superar las limitaciones de sistemas basados en nanocanales propuestos anteriormente. En el capítulo 5 se presenta un biosensor novedoso basado en el uso de nanocanales en combinación con nanopartículas de azul de Prusia como indicadores redox para la detección de proteínas biomarcadoras de cáncer, sin necesidad del uso de marcadores. La suspensión estable y homogénea de nanopartículas de azul de Prusia (4 nm) obtenidas, protegidas por polivinilpirrolidona, muestran un par de picos re-dox bien definidos y reproducibles, por lo que estas nanopartículas se aplican con éxito para la evaluación voltamperométrica del bloqueo de los nanocanales (20 nm de diámetro de poro) debido a la formación del immunocomplejo. Esta novedosa tecnología permite la captura de proteínas de bajo peso molecular dentro de los canales y su posterior detección a niveles de ng/mL, como es el caso del biomarcador de cáncer PTHrP, por sus siglas en ingles, (proteína vinculada a la hormona paratiroidea). En el capítulo 6 se discuten las conclusiones generales de la tesis y las perspectivas futuras. Finalmente, en el contexto del desarrollo de sistemas biosensores integrados basados en nanocanales de estado sólido, en el anexo 1 se muestran los resultados preliminares relacionados con la detección in-situ de proteínas biomarcadoras secretadas por células cultivadas sobre la superficie de membranas nanoporosas. Por otro lado, en el anexo 2 se muestran los resultados preliminares relacionados con el uso de litografía de nanoimpresión para la creación de nanocanales en electrodos de ITO/PET.