Resumen de Nanomateriales hibridos para el diseño de biosensores enzimáticos electroquímicos

Abderrahmane Boujakhrout Boujakhrout

• español

  Esta Tesis Doctoral se enmarca dentro del campo de la nanotecnología y, más en concreto, la preparación, optimización y aplicación de nanomateriales funcionalizados avanzados con propiedades novedosas y bien definidas. El objetivo del trabajo es la preparación de nanomateriales híbridos basados en la modificación covalente de grafeno con polímeros solubles en agua proporcionando materiales de una alta densidad de grupos funcionales sin provocar perturbaciones importantes en la estructura conductora del carbono. Asimismo, se pretendía demostrar la aplicabilidad de estos materiales, tras su caracterización mediante diversas técnicas fisicoquímicas, utilizándolos como plataformas para inmovilizar enzimas en superficies electródicas con objeto de diseñar novedosos biosensores electroquímicos.

  El óxido de grafeno fue inicialmente enriquecido con grupos epóxido reactivo mediante modificación covalente con (3-glicidiloxipropil)-trimetoxisilano, posteriormente derivatizado con glicolquitosano y finalmente la inmovilización covalente de la enzima lacasa mediante el entrecruzamiento con glutaraldehído. El electrodo enzimático fue evaluado para la detección de compuestos fenólicos.

  En otro caso, el óxido de grafeno fue modificado con (3-mercaptopropil)-trimetoxisilano en un primer paso, y posteriormente decorado con nanopartículas de Au. El nanohíbrido de dextrano y grafeno se empleó en el diseño de un biosensor enzimático de tirosinasa para la determinación de catecol.

  También se han empleado nanopartículas Janus de oro y sílice mesoporosa, preparadas mediante una estrategia de enmascaramiento para la construcción de un biosensor amperométrico bienzimático para la determinación de D-glucosa mediante la inmovilización de glucosa oxidasa y peroxidasa de rábano sobre la superficie de oro y la cara de sílice mesoporosa, respectivamente, aplicándose con éxito al análisis en muestras de refrescos comerciales.

  Finalmente, se presenta la síntesis de novedosos polímeros de coordinación de plata-bipiridina decorados con nanopartículas de oro, los cuales presentaron una actividad enzimática intrínseca tipo peroxidasa. En este sentido, se prepararon inicialmente nanopartículas de oro modificadas con 4-mercaptopiridina y 6-mercapto-1-hexanol, las cuales se usaron como agentes de coordinación para preparar nanomateriales híbridos basados en nanocintas de Ag:4,4¿- bipiridina (Au-NB200). Tanto la morfología como la actividad enzimática tipo peroxidasa de estos nanohíbridos pudieron ser racionalmente moduladas mediante la manipulación de la composición del nanohíbrido.

  Por último, el nanohíbrido optimizado Au-NB200, con alta actividad electrocatalítica frente al peroxido, fue empleado como elemento de transducción para construir un biosensor amperométrico de tercera generación para este analito, donde posteriormente se inmovilizó la enzima peroxidasa de rábano, este nanomaterial híbrido Au-NB200 también fue utilizado para construir dos dispositivos (bio) sensores diferentes para la determinación electroquímica D-glucosa.

• English

  Nowadays, nanomaterials engineering is recognized as a top emerging technology thatwill have a major impact on the quality of science and society over the next years. Thisscientific field has already opened the possibility to tailor-made design advancednanomaterials with desired physicochemical and functional properties, based on the rationalmanipulation of their chemical composition, morphology, size and surface derivatization.These novel nanomaterials will allow the production of the next generation ofbiomaterials, computing systems, protective coatings, drug-delivery systems, electronicdevices, functional textiles and wearable devices, and sensor systems with improvedproperties and nanometric dimensions.In this context, the ultimate goal for nanomaterials engineering is the establishment oforiginal synthetic strategies for the rational preparation of nanosized structures with uniqueand well-defined characteristics. Special attention is currently devoted to the design of novelfunctional nanomaterials for emerging biologically driven applications. These materialsshould be provided with specific chemical functionalities to ensure high biocompatibility,hydrophilicity and capacity for the stable immobilization of biologically-activemacromolecules.A rational strategy to prepare these novel nanostructures is the tailored functionalizationwith other molecular or nanosized materials to yield hybrid derivatives, in which theresulting structure, degree of organization and therefore the synergistic and novelproperties are ruled by the chemical nature and molecular architecture of the individualcomponents. In particular, considerable interest is currently devoted to the preparation ofconductive hybrid nanomaterials with improved biocompatibility for proteins, nucleic acids,cells and tissues oriented to the fabrication of bioelectronics, biocomputing and biosensingsystems...