DETECCIÓN Y/O CUANTIFICACIÓN ELÉCTRICA DE COMPUESTOS ORGANOFOSFORADOS.

Detección y/o cuantificación eléctrica de compuestos organofosforados La presente invención se relaciona con un procedimiento y un dispositivo de detección y/o cuantificación eléctrica de compuestos organofosforados presentes en forma gaseosa o en solución en un solvente. Los compuestos organofosforados son moléculas constituidas de un átomo de fosfato al cual están unidos diferentes grupos químicos cuya naturaleza determina las propiedades exactas del compuesto. Objeto de investigaciones intensivas acerca de los gases de combate durante y después de la segunda Guerra Mundial que han desembocado en la obtención de los gases Sarin, Soman, Tabun, Ciclosarin, GV, VX, VE, VG y VM y de moléculas que estimulan la acción de los organofosforados neurotóxicos de tipo DFP (diisopropilfluorofosfato), DCP (dietilclorofosfato) y DMMP (dimitil-metilfosfonato), los compuestos organofosforados son actualmente utilizados principalmente en agricultura como insecticidas o herbicidas. Entre la gran variedad de pesticidas con base en compuestos organofosforados existentes se pueden citar particularmente el Parathion, el Malation, el metil Paration, el Clorpirifos, el Diazinon, el Diclorvos, el Fosmet, el Tetraclorvinfos, y el metil Azinfos. El modo de acción de los compuestos organofosforados se basa en la afinidad de estos últimos por una enzima implicada en la transmisión del influjo nervioso: la colinesterasa. Los compuestos organofosforados tienen en efecto la propiedad de fijarse de manera particularmente fuerte y estable a nivel del sitio activo de esta enzima. Una vez fijado, el compuesto organofosforado impide que la colinesterasa degrade la acetil colina, neurotransmisor liberado a nivel de las sinapsis neuronales durante la excitación neuronal: no habiendo degradación de la acetilcolina en colina y acetilo inactivos, las neuronas son excitadas constantemente lo que puede implicar la parálisis del sistema nervioso central y conducir a la muerte. Siendo idéntico el mecanismo implicado en la transmisión del influjo nervioso que es bloqueado por los compuestos organofosforados en el conjunto del reino animal, los compuestos organofosforados utilizados como insecticidas son no solamente tóxicos para los insectos sino igualmente para cualquier animal, incluyendo el hombre. Por esta razón, a pesar de su buena biodegradabilidad que les ha permitido suplantar a los insecticidas con base en compuestos organoclorados que presentan una biodegradabilidad baja, su toxicidad muy superior requiere precauciones de empleo particulares. En efecto, los compuestos organofosforados pueden plantear muy serios problemas debido a la acumulación en el ambiente a todo lo largo de la cadena alimenticia en caso de presencia de residuos en los vegetales, en el agua o en la carne de los animales que hayan consumido alimentos que contienen compuestos organofosforados. Estando estos compuestos entre los más utilizados no solamente en la agricultura por los profesionales sino también por los particulares, la detección y la dosificación de los compuestos organofosforados representan un interés de sanidad pública y serían igualmente útiles particularmente para la industria agroalimentaria. Además, a pesar de su prohibición en 1997, los gases de combate son siempre una amenaza. De una parte, se facilita la producción de los gases de combate del tipo Sarin, Toman, VX, y de otra parte, siendo estos compuestos inodoros e incoloros, pueden ser inhalados sin que el individuo tenga conciencia de ello. La detección inmediata de la presencia de tales gases es por lo tanto un reto mayor para proteger los soldados en zona de combate pero también las poblaciones civiles enfrentadas al riesgo terrorista. Esto está claramente comprobado, en particular desde el atentado mortal con Sarin ejecutado por el grupo terrorista de Aum Shinrikyo en el metro de Tokio en 1995. Se han desarrollado numerosos métodos y dispositivos de detección de compuestos organofosforados. Así, se comercializan detectores químicos sensibles a los gases organofosforados, que funcionan en su mayor parte bajo el principio de la nariz electrónica. La patente de los Estados Unidos 5, 571,401, por ejemplo, describe un detector químico constituido de chips que comprenden una resistencia compuesta de polímeros no conductores y de materiales conductores: cuando una molécula química entra en contacto con los materiales conductores, se detecta entonces una diferencia de resistencia . Estos detectores tienen el inconveniente de ser poco específicos y de ser muy sensibles a los falsos positivos. Igualmente se han logrado detectores con base en redes bidimensionales de nanotubos de carbono (WO 2006/099518) pero, aunque son muy sensibles y detectan un gran número de moléculas, no permiten obtener una respuesta específica y selectiva de los compuestos organofosforados. 2 Recientemente se han descrito métodos de detección selectivos de los compuestos organofosforados en solución basados en la medición de la fluorescencia. Zhang et al, mostró que en presencia de una molécula que posee una amina con proximidad espacial a un alcohol primario y un cromóforo no plano, flexible y débilmente conjugado, los compuestos organofosforados reaccionan con el alcohol primario, permitiendo que el fosfato obtenido se ciclice por 5 sustitución nucleófila intramolecular, estabilizando el cromóforo en el plano y terminando en un aumento de la fluorescencia (S.-W. Zhang and T. M. Swager, J.Am.Chem.Soc., 2003, 125, 3420-3421). Esta ciclización permite por lo tanto una detección por fluorescencia de agentes organofosforados en solución. El equipo de J.Rebek, Jr. demostró enseguida que algunos derivados del ácido de Kemp que comprenden un alcohol primario próximo a una amina terciaria son igualmente buenos candidatos para detectar las especies organofosforadas neurotóxicas (T. J. 10 Dale & J. Rebek, Jr., J.Am.Chem.Soc.,2006, 4500-4501). Como S-W. Zhang et al. había demostrado precedentemente, cuando el alcohol primario reacciona con un compuesto organofosforado, el fosfato obtenido permite la ciclización por sustitución nucleófila intramolecular y la obtención de un amonio cuaternario según la reacción presentada en el esquema siguiente: ES 2 365 690 T3 Rebek et coll. desarrollaron entonces derivados del ácido de Kemp en donde R es fluoróforo. En su forma abierta, la fluorescencia es impedida por una transferencia del electrón fotoinducido debido a la amina. La ciclización anula esta transferencia del electrón y aumenta la fluorescencia de la molécula. Una exposición de 5 segundos de un filtro 20 que comprende el ácido de Kemp acoplado con un fluoróforo en una atmósfera que comprende 10 ppm de DFP permite la detección de este organofosforado por fluorescencia mediante lectura con lámpara UV. Esta detección, aunque específica, tiene diversos inconvenientes. En primer lugar, necesita ser empleada en un ambiente con luminosidad reducida. No puede por lo tanto ser utilizada siempre en los lugares en donde la presencia de los compuestos organofosforados se detecta en un tiempo real. De otra parte, necesita el empleo de una lámpara UV lo 25 que aumenta el volumen, y por lo tanto disminuye la portabilidad del dispositivo de detección y/o de cuantificación de los compuestos organofosforados. Se han desarrollado igualmente métodos basados en la utilización de un biodetector que comprende enzimas que presentan una afinidad por los compuestos organofosforados, por ejemplo la colinesterasa .En la solicitud PCT WO 2004/040004, se han utilizado algas unicelulares que expresan la acetilcolinesterasa a nivel de la membrana, para 30 probar la presencia de compuestos organofosforados en medio acuoso, estando correlacionado el porcentaje de inhibición de la acetilcolinesterasa con la concentración en compuestos organofosforados en el líquido acuoso controlado. Este método necesita la disolución de compuestos organofosforados antes de su detección. En resumen, los métodos de detección de los compuestos organofosforados actualmente disponibles tienen el inconveniente ya sea de no ser selectivos para los compuestos organofosforados, ya sea de ser utilizables 35 únicamente para probar una mezcla en solución, ya sea de necesitar un lector de fluorescencia y un ambiente con baja luminosidad. El desarrollo de un método rápido, eficaz y específico, que permita la detección selectiva de compuestos organofosforados a la vez bajo forma gaseosa y en solución, en cualquier medio, cualquiera que sea su luminosidad, así como la puesta a punto de un dispositivo con volumen reducido y buena portabilidad, que permita una detección simple, rápida y selectiva, representa siempre por lo tanto un reto mayor en la protección de los 3 ES 2 365 690 T3 soldados en zonas de combate, población civil expuesta al riesgo terrorista, y de forma más amplia para la detección de pesticidas... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de detección y/o de cuantificación de compuestos organofosforados que comprende un dispositivo eléctrico que comprende un electrodo fuente y un electrodo de drenaje separados por un material semiconductor, al menos una molécula receptora injertada en uno de los electrodos o en el material semiconductor, y un dispositivo de detección de la variación de las cargas positivas entre estos dos electrodos, caracterizado porque la dicha al menos una molécula receptora en la fórmula genera I o II siguientes: Fórmula I Fórmula II en las cuales R representa un grupo que comprende una función que permite el injerto de la molécula receptora en uno u otro de los electrodos o en el material semiconductor. 2. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según la reivindicación 1, caracterizado porque el material semiconductor se escoge entre materiales con base en carbono, silicio, germanio, zinc, galio, indio, cadmio o un material semiconductor orgánico. 3. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el material semiconductor está constituido de nanohilos de silicio y/o de nanotubos de carbono. 4. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material semiconductor es un nanohilo de silicio. 5. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material de los electrodos es un material escogido entre oro, plata, paladio, platino, titanio, silicio dopado, cobre o níquel. 6. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dicho dispositivo eléctrico es de tipo resistencia. 7. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a ,5 caracterizado porque el dicho dispositivo eléctrico es de tipo transistor con efecto de campo. 8. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material semiconductor es de silicio, estando la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto se escoge entre un alcino, un alceno una sal de diazonio, un triaceno o un precursor de radicales. 9. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, 45 caracterizado porque el material semiconductor está constituido por nanotubos de carbono, estando la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor, y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto se escoge entre: una sal de diazonio, un triaceno, un precursor de radicales, un grupo aromático, un derivado de la familia de las aminas que permite una funcionalización no covalente de los nanotubos, una amina o un alcohol. ES 2 365 690 T3 10. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, caracterizado porque el material semiconductor se realiza con base en germanio, siendo la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor, y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto es un alcino o un alceno. 11. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, caracterizado porque el material semiconductor está constituido de arseniuro de galio e indio (InGaAs), siendo la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto es un compuesto azufrado. ES 2 365 690 T3 12. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, caracterizado porque el material semiconductor se realiza con base en seleniuro de cadmio (CdSe) o de sulfuro de cadmio (CdS), siendo la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor, y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto se escoge entre una amina o un compuesto azufrado. 13. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, caracterizado porque el material semiconductor se realiza a base de óxido de zinc, siendo la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor, y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto se escoge entre un ácido carboxílico y un ácido fosfórico. 14. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, caracterizado porque el material semiconductor se realiza a base de sulfuro de zinc, siendo la molécula receptora injertada en el dicho material semiconductor, y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto es un compuesto azufrado. 15. Dispositivo de detección y/o de cuantificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los electrodos son de oro, siendo la molécula receptora injertada en uno de los electrodos, y porque la función de injerto del grupo R de la molécula receptora dedicada al injerto es un derivado orgánico azufrado. 16. Procedimiento de detección y/o de cuantificación de compuestos organofosforados, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: poner en presencia de la muestra que se va a probar bajo forma líquida o bajo forma gaseosa un dispositivo de detección y/o cuantificación tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, evidenciar cargas positivas generadas por la reacción de ciclización intramolecular de la molécula receptora inducida por el compuesto organofosforado midiendo la diferencia de resistencia de conductancia o de transconductancia del dicho dispositivo. 11