Método electroquímico para la obtención de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados de carbono,

su aplicación y sus usos, que comprende una electrodeposición de oro a partir de una disolución de oro en medio ácido. La electrodeposición se lleva a cabo fijando una intensidad de corriente constante negativa durante un tiempo no mayor de 20 minutos. A continuación se aplica un potencial constante positivo frente a un electrodo de seudoreferencia. De esta forma se obtienen superficies de carbono recubiertas de nanopartículas de oro con un diámetro inferior a 500 nanómetros. Los electrodos serigrafiados nanoestructurados obtenidos siguiendo este procedimiento se utilizan como transductores en la construcción de dispositivos analíticos, sensores o biosensores para la determinación de varios compuestos

Método electroquímico para la obtención de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados de carbono, su aplicación y sus usos.

Es objeto de la presente invención una metodología que permite modificar la superficie de electrodos serigrafiados de carbono y obtener sobre ella superficies nanoestructuradas de oro. También es objeto de la presente invención unos transductores electroquímicos obtenidos según el método anterior y el uso de estos transductores en dispositivos analíticos o biosensores para determinar, entre otros, plomo en agua, en sangre, o fosfatasa alcalina biotinilada. Esta invención se engloba en el campo de la nanotecnología y resulta de aplicación principalmente en los sectores medioambiental, agroalimentario y de análisis clínicos.

Antecedentes de la invención

Hoy en día, existen numerosos tipos de transductores para la construcción de sensores electroquímicos, de los que cabe destacar la importancia que están cobrando los electrodos serigrafiados (SPEs) debido a sus características particulares. Entre ellos, aquellos SPEs fabricados con pastas de carbono (SPCEs) se presentan como una buena alternativa a los electrodos de pasta de carbono convencionales, y a los electrodos de carbono vitrificado.

Cualidades como sencillez y bajo coste de producción, flexibilidad de diseño, reducidas dimensiones y posibilidad de incorporación a sistemas portátiles, así como sus buenas características electroanalíticas (especialmente su reproducibilidad) han hecho que los SPCEs se hayan ido incorporando progresivamente a análisis rutinarios medioambientales y clínicos (H. Ju et al., Analytical Letters, 2004, 37, 789). Dentro del análisis clínico los SPCEs presentan algunas ventajas adicionales como su adaptación al manejo de pequeños volúmenes de muestra y la posibilidad de desarrollar sensores desechables por su bajo coste.

Sin embargo, el material con el que se elaboran los SPCEs presenta ciertas limitaciones para la construcción de sensores. El carbono es un material electródico con cualidades excepcionales, pero relativamente inerte y difícil de modificar químicamente. Como consecuencia de esto, la capacidad de los SPCEs para retener material proteico es muy baja o nula. Para potenciar esta retención es necesaria una modificación de la superficie electródica mediante pretratamientos drásticos, lo cual puede suponer pérdidas en las propiedades analíticas del sensor, especialmente en la sencillez y reproducibilidad (A. Costa García et al., Talanta, 2005, 65, 565).

Por otra parte, el oro es otro material usado frecuentemente en la construcción de sensores electroquímicos. Como electrodo, el oro tiene peores cualidades electroquímicas que el carbono y no carece totalmente de reactividad química.

Si a esto se le suma la posibilidad que presenta el oro para generar nanoestructuras, teniendo en cuenta las ventajas electroquímicas que presenta el uso de estas nanoestructuras, es fácil comprender que el oro es un buen material para modificar los SPCEs, obteniéndose de este modo soportes nanoestructurados para la construcción de sensores electroquímicos.

El empleo de nanoestructuras de oro mantiene las mismas propiedades químicas de reactividad que las superficies continuas de oro, pero al mismo tiempo ofrecen una mayor biocompatibilidad. Esto se debe a que al reducir las dimensiones del oro también se minimizan las interacciones con el material proteico, permitiendo una quimisorción con menor influencia en la estructura del material proteico (H. Ju et al., Analytical Letters, 2003, 36, 1; P. Yañez-Sedeño, J.M. Pingarrón, Analytical Letters, 2003, 36, 1; Y. Bai et al., Biosensors & Bioelectronics, 2004, 19, 575; A.L. Crumbliss et al., Biosensors & Bioelectronics, 1996, 11, 493).

Por tanto, resulta interesante disponer simultáneamente de las cualidades electródicas de los SPCEs y las propiedades químicas del oro (especialmente cuando es nanoestructurado).

El uso de nanoestructuras puede mejorar importantes características y parámetros cualitativos con respecto a los modelos clásicos; por ejemplo, la sensibilidad puede aumentar debido a unas mejores propiedades de conducción, los límites de detección pueden ser menores, pueden emplearse menores cantidades de muestra para el análisis, la detección directa es posible, y puede suprimirse el uso de algunos reactivos.

Los materiales nanoestructurados son sólidos con una estructura nanométrica. Sus unidades básicas son generalmente nanopartículas. Muchas propiedades de las nanopartículas son útiles para aplicaciones en sensores electroquímicos y biosensores, pero su comportamiento catalítico es una de las propiedades más importantes.

La alta proporción de átomos superficiales con valencias libres ha dado lugar a la actividad catalítica del material nanoestructurado usándose en reacciones electroquímicas.

Las propiedades catalíticas de las nanopartículas pueden disminuir los sobrepotenciales de las reacciones electroquímicas o incluso dar lugar a la reversibilidad de algunos procesos redox, que son irreversibles con los electrodos metálicos (E. Kartz, I. Willner, J. Wang, Electroanalysis, 2004, 16, 19).

La nanoestructuración de electrodos tiene la importante ventaja de que presenta actividad catalítica frente a ciertas reacciones electroquímicas. De este modo, se pueden añadir las nanopartículas de oro a la lista de los diversos catalizadores electroquímicos.

La actividad catalítica de estos electrodos nanoestructurados depende en gran medida del tamaño de partícula empleado en cada caso (M. Haruta, Catalysis Today, 1997, 36, 153), así como de su distribución sobre la superficie del electrodo.

Las multicapas de nanopartículas conductoras ensambladas en la superficie de los electrodos producen una superficie altamente porosa con un microentorno controlado. Estas estructuras podrían tratarse como "ensambles" de nanoelectrodos con áreas controladas. La elevada área superficial de las nanopartículas es adecuada para inmovilizar moléculas, polímeros o material biológico, que permite la generación de compósitos con propiedades superficiales variables (por ejemplo, la modificación de nanopartículas con unidades receptoras prediseñadas, y su ensamblaje en superficies electródicas, puede dar lugar a nuevos sensores electroquímicos con especificidades a medida).

En resumen, las propiedades exclusivas de las nanoparticulas mejoran la actuación de los métodos electroquímicos estándar. Se obtienen altos flujos de corrientes y sensibilidades gracias a las capacidades conductivas combinadas con mayores áreas superficiales.

Aunque existen varias formas para modificar superficies electródicas con oro de dimensiones nanométricas, las estrategias que parecen más adecuadas para los SPCEs son:

1. Método electroquímico para la obtención de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados de carbono caracterizado porque comprende

2. Método según la reivindicación 1 caracterizado porque el medio ácido viene determinado por ácido clorhídrico.

3. Método según la reivindicación 1 caracterizado porque las disoluciones de oro utilizadas son de cualquier complejo o sal de oro (III) y oro (I).

4. Método según la reivindicación 2 y 3 caracterizado porque las disoluciones de oro (III) son de tetracloroaurato (III) de hidrógeno (HAuC14) en ácido clorhídrico de concentración inferior a 1 M.

5. Método según la reivindicación 1 caracterizado porque el potencial constante positivo está comprendido entre 0.0 V y + 0.5 V.

6. Transductores electroquímicos obtenidos según el método de la reivindicación 1 caracterizados porque el tamaño promedio de las partículas es inferior a 500 nanómetros.

7. Uso del transductor de la reivindicación 6 en un dispositivo analítico o sensor, para la determinación de plomo en agua, plomo en sangre, o fosfatasa alcalina biotinilada, entre otros.