Aplicació de llengües electròniques potenciomètriques per al monitoratge en els camps agrícola, mediambiental i clínic

• Autores: Manuel Gutierrez Capitan
• Directores de la Tesis: Manuel del Valle Zafra (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2008
• Idioma: catalán
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Bartrolí i Molins (presid.), Montserrat Cortina Puig (secret.), Josep Maria Durán Altisent (voc.), Cecilia Jimenez Jorquera (voc.), Jean-louis Marty (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Química analítica
      • Análisis electroquímico
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • Els sensors químics tenen avui dia un renovat interès degut a les creixents necessitats actuals de la societat de disposar de més i millor informació analítica. No obstant, la manca de sensors ideals específics per a una espècie determinada va portar al nostre grup d'investigació a explorar les possibilitats de les llengües electròniques. Aquests sistemes analítics, bioinspirats en el sentit del gust, consideren un conjunt o matriu de sensors i/o biosensors amb selectivitat creuada, i no un únic sensor. La rica i abundant informació obtinguda és posteriorment tractada amb eines de calibratge multivariable per a extreure la informació analítica útil.La present tesi doctoral va començar enfocada en el desenvolupament, per primera vegada al grup, de llengües electròniques potenciomètriques basades en matrius de biosensors. Concretament, es va construir una llengua electrònica per a la determinació simultània d'urea, NH4+, K+ i Na+ en mostres clíniques. Es van fabricar i caracteritzar primer diferents biosensors d'urea basats en l'enzim ureasa i, un cop demostrada la seva idoneïtat per a ser implementats en una matriu, es van construir dos models de resposta diferents basats en xarxes neuronals artificials (XNA) i regressió per mínims quadrats parcials, respectivament. Els resultats obtinguts van mostrar una millor capacitat de predicció en el cas del model amb XNA, aconseguint determinar la urea sense necessitat d'eliminar les interferències alcalines.Amb l'experiència adquirida amb aquest primer sistema, es van iniciar i continuar altres aplicacions de les llengües electròniques potenciomètriques. Primerament, es va considerar la fabricació de matrius integrades de sensors potenciomètrics mitjançant la tècnica serigràfica (screen-printing), que permet la miniaturització i la producció massiva, en col·laboració amb el Centro de Investigación y Estudios Avanzados de Mèxic. Aquesta matriu serigrafiada va servir per a desenvolupar una llengua electrònica per a la quantificació simultània dels ions NH4+, K+ i Na+ en mostres mediambientals. També es va proposar l'ús per primera vegada d'una llengua electrònica per al monitoratge on-line de la composició de la solució nutritiva d'un hivernacle hidropònic, gràcies a una col·laboració amb investigadors de l'Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentària de la Generalitat de Catalunya. La idea era optimitzar una llengua electrònica per a la determinació simultània i en temps real dels ions fertilitzants NH4+, K+, NO3- i PO43-, i els ions salins Na+ i Cl-. Els resultats obtinguts van ser prou interessants com per seguir treballant en el tema. A més, es va explorar l'aplicabilitat de dues diferents llengües electròniques en el monitoratge mediambiental in-line amb transmissió de dades per radiofreqüència. La primera d'elles per a la determinació simultània i en temps real dels ions NH4+, K+, Na+, Cl- i NO3- en un reactor continu de tanc agitat que simulava les condicions de biodegradació naturals, i la segona, per a la determinació simultània i en temps real dels cations NH4+, K+ i Na+ en la presa mexicana d'Ignacio Ramírez. Els bons resultats obtinguts van permetre demostrar l'aplicabilitat de les llengües electròniques desenvolupades com a sistemes de mesura remota en aplicacions mediambientals. En totes aquestes aplicacions en camp, es va posar especial èmfasi en corregir l'efecte de la temperatura i les derives de la resposta dels elèctrodes.Finalment, i per tal de tornar a la línia de recerca inicial, es va desenvolupar amb èxit una nova llengua electrònica amb biosensors per a la quantificació d'urea, creatinina, NH4+, K+ i Na+ en mostres clíniques. En aquest cas els biosensors de creatinina desenvolupats estaven basats en l'enzim creatinina deiminasa i el model de resposta, que estava basat en XNA, va permetre la determinació simultània de les cinc espècies, deixant el sistema a punt per a passar a estudis en hospitals.