Development of nanomaterials for environmental monitoring

• Autores: Flavio Pino
• Directores de la Tesis: Arben Merkoçi (dir. tes.), Antonio Villaverde Corrales (dir. tes.), Carmen Mayorga Martínez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2015
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Giuseppe Palleschi (presid.), María Isabel Pividori (secret.), Javier Saurina Purroy (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • El desarrollo de plataformas biosensoras simples para el monitoreo medio ambiental, ha aumentado su relevancia no sólo en el campo de la investigación, sino también en la industria del mercado. Esto se debe a sus ventajas tales como: uso simple, disminución del volumen de muestra, eficiencia en términos de costes y su desechabilidad. Los recientes avances en la nanociencia y la nanotecnología, han permitido el descubrimiento de nuevos nanomateriales con propiedades eléctricas interesantes que mejoran la conductividad del electrodo, lo cual tiene un interés particular en el desarrollo de sistemas de biosensores electroquímicos. Por consiguiente, la combinación de los nanomateriales con las plataformas electroquímicas biosensoras permite obtener poderosas herramientas analíticas para la vigilancia del medio ambiente. El estudio de este sinergismo representa el principal objetivo de esta tesis doctoral, la misma que se divide en seis capítulos que describen el desarrollo de tres nuevas plataformas de biosensoras basadas en nanomateriales para el monitoreo ambiental. En el primer capítulo, presenta la introducción general de los efectos tóxicos de los plaguicidas y compuestos fenólicos (analitos a detectar en esta tesis) así como la clasificación de estos tóxicos. Por otro lado, se describe también una visión general de la importancia de la utilización de nanomateriales en sistemas de biosensores para el monitoreo medio ambiental con una revisión detallada de los últimos trabajos publicados que describen sus aspectos más innovadores así como sus posibles inconvenientes. El Capítulo 2 presenta los principales objetivos de esta tesis doctoral. El Capítulo 3 titulado "Plataforma magnética y enzimática para la detección de pesticida organoposforado usando electrodos de diamante dopado de boro¿, presenta un nuevo biosensor enzimático basado en un electrodo de diamante dopado de boro para la detección del plaguicida clorpirifós (CPF). El sistema utiliza partículas magnéticas en las que se inmoviliza la enzima acetilcolinesterasa y se utiliza un electrodo de diamante dopado de boro como transductor. La detección se basa en la inhibición enzimática de la acetilcolinesterasa (AChE). La interacción estreptavidina-biotina es utilizada para realizar la inmovilización de la AChE por auto-ensamblaje con las partículas magnéticas. La detección selectiva y sensible de la inyección del CPF en agua potable fue demostrada exitosamente. Se obtuvo además una respuesta de corriente altamente estable con un límite de detección (LOD) muy bajo. Estos resultados sugieren que la combinación del uso de la partículas magnéticas con electrodos de diamante dopado de boro es adecuado para la detección de pesticidas organofosforados, especialmente CPF. En el capítulo 4, titulado "Detección electroquímica de compuesto fenólico y pesticidas utilizando nanopartículas Oxido de iridio (IrOx) ", se describe la implementación de un biosensor enzimático para la detección de dos contaminantes diferentes, catecol (derivado de fenol) y clorpirifos (plaguicida organofosforado). Tal detección se consigue a través de un electrodo de carbón serigrafiado conocido como SPCE, el mismo que se modifica con nanopartículas de IrOx y tirosinasa. El sistema propuesto presenta una alta sensibilidad para la detección de catecol en comparación con biosensores desarrollados y publicados anteriormente. Este biosensor muestra también una alta sensibilidad para el plaguicida clorpirifos cuando se usan como un inhibidor de la tirosinasa. Finalmente se exploró la eficacia de este biosensor para aplicaciones reales en la detección del clorpirifos en aguas potables y de río demostrándo de esta manera grandes posibilidades para futuras aplicaciones como una plataforma de bajo costo para la detección de pesticidas. Este es un biosensor dual para el monitoreo ambiental de CPF y catecol utilizando nanoparticulas de IrOx . En el Capítulo 5, denominado "Sistema basado en nanopartículas de óxido de cobre (CuO) para la detección libre de enzima de compuestos fenoles y del plaguicida diurón" es un sistema de detección libre de enzima basado en las nanopartículas de CuO. Esta detección se consigue utilizando un SPCE como transductor, donde la nanopartículas de CuO crea un complejo estable con compuestos fenólicos (catecol, fenol y 4-clorofenol) y con el diurón (plaguicida), bloqueando la reducción del CuO2 (producto de la oxidación del CuO). Esta reacción es seguida electroquímicamente midiendo la disminución de la corriente de reducción en superficie del electrodo. Los resultados obtenidos son comparables con otras plataformas enzimáticas de modo que el sistema puede ser utilizado para análisis de muestras reales debido al bajo potencial (-200 mV) de trabajo utilizado. Por otro lado este sistema es muy sensible ya que presenta un bajo límite de detección, el mismo que está dentro de los límites permitidos, establecidos por la legislación de estos contaminantes. En el capítulo 6 se exponen las conclusiones generales y las perspectivas futuras de esta Tesis.