PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE ELECTRODOS BIOMIMÉTICOS Y SUS USOS COMO SENSORES AMPEROMÉTRICOS.

Procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos y sus usos como sensores amperométricos.

Procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos basado en un método de depósito electroasistido de capas de sílice impresas molecularmente sobre electrodos. Además la invención se refiere a estos electrodos biomiméticos y a su uso para la fabricación de sensores amperométricos, voltamperométricos, impedimétricos o potenciométricos para la detección altamente selectiva de sustancias de interés ambiental, bioquímico o alimentario

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930727.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE ALICANTE
UNIVERSIDAD MIGUEL HERNANDEZ DE ELCHE
.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: ALICANTE.

Inventor/es: SALINAS CASTILLO,ALFONSO, MONTILLA JIMENEZ,FRANCISCO.

Fecha de Solicitud: 23 de Septiembre de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 3 de Febrero de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N27/333 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 27/00 Investigación o análisis de materiales mediante el empleo de medios eléctricos, electroquímicos o magnéticos (G01N 3/00 - G01N 25/00 tienen prioridad; medida o ensayo de variables eléctricas o magnéticas o de las propiedades eléctricas o magnéticas de los materiales G01R). › Electrodos o membranas selectivas frente a iones (electrodos de vidrio G01N 27/36).

Clasificación PCT:

  • C03C3/06 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C03 VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA.C03C COMPOSICION QUIMICA DE LOS VIDRIOS, VIDRIADOS O ESMALTES VITREOS; TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIE DEL VIDRIO; TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIE DE FIBRAS O FILAMENTOS DE VIDRIO, SUSTANCIAS INORGANICAS O ESCORIAS; UNION DE VIDRIO A VIDRIO O A OTROS MATERIALES.C03C 3/00 Composiciones para la fabricación del vidrio (cargas de mezclas vitrificables C03C 6/00). › con más del 90% en peso de sílice, p. ej. cuarzo.
  • G01N27/30 G01N 27/00 […] › Electrodos, p. ej. electrodos para el análisis; Semicélulas (G01N 27/414 tiene prioridad).
  • G01N33/552 G01N […] › G01N 33/00 Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00. › Vidrio o sílice.

PDF original: ES-2356220_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos y sus usos como sensores amperométricos.

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos basado en un método de depósito electroasistido de capas de sílice impresas molecularmente sobre diversos electrodos. Estos electrodos biomiméticos se utilizan para la detección altamente selectiva de sustancias de interés ambiental, bioquímico y alimentario.

Estado de la técnica anterior

Con el fin de buscar soluciones a los inconvenientes que presentan los materiales sensores "clásicos" (largos tiempos de respuesta, baja sensibilidad y selectividad, así como poca estabilidad) se están siguiendo diversas líneas de investigación. Una de las más prometedoras y novedosas tecnologías utilizadas es la preparación de polímeros de impronta molecular (MIPs, "molecularly imprinted polymers") (cfr. F.L. Dickert y col., Trends in Anal. Chem., 1999, 18, 192).

Los polímeros de impronta molecular son matrices sintetizadas artificialmente que presentan, en teoría, la capacidad de reconocer e interaccionar de forma específica con determinados compuestos. Es decir, se trata de materiales biomiméticos que reproducen de un modo más básico el mecanismo de reconocimiento de los sistemas biológicos (hormona-receptor, enzima-sustrato, antígeno-anticuerpo).

En general, la síntesis de MIPs se lleva a cabo mediante la formación de un polímero entrecruzado por copolimerización inicial de una serie de monómeros funcionales y entrecruzadores en presencia de la molécula molde (que generalmente será el analito de interés o una análoga) en un disolvente adecuado. La posterior liberación de la molécula molde permite la obtención de un material nanoestructurado, con "memoria" selectiva para el molde, y que simula el reconocimiento molecular típico en sistemas biológicos. Variando las condiciones de polimerización, como son la temperatura, el grado de entrecruzamiento de los monómeros, y la molécula molde, estos polímeros pueden ser obtenidos con características altamente selectivas. Poseen buena estabilidad química a largo plazo, resistencia mecánica y química elevada, y la posibilidad de diseñar receptores específicos para un elevado número de sustratos, lo que justifica el enorme potencial que presentan los MIPs en el desarrollo de nuevas fases sensoras.

Aunque hay diversas vías para la preparación de los MIPs, son dos las más utilizadas: covalente y no-covalen-te.

La vía covalente se basa en la co-polimerización inicial de monómeros funcionales con un derivado polimerizable de la molécula molde. Esto supone derivatizar previamente dicha molécula. Por adición de un monómero entrecruzador y en presencia de un agente iniciador de la polimerización, se fija la estructura del aducto en una red tridimensional. La posterior liberación de la molécula molde se lleva a cabo por métodos químicos, generalmente hidrólisis que rompa los enlaces covalentes creados.

Las ventajas más importantes de esta vía son la creación de sitios de unión muy específicos y la no influencia del disolvente empleado en la síntesis. Por el contrario, tienen el inconveniente de ser lentos, no reversibles para el proceso de reconocimiento, por lo que dichos polímeros no resultan adecuados para su utilización en sistemas donde se requiera una respuesta rápida y además, las capacidad de reocupación de éstos oscila entre 10-15%; este hecho es atribuido a que los sitios de unión se encuentran fundamentalmente en zonas internas del mismo.

En la vía no-covalente, la molécula molde interacciona con los monómeros funcionales formando un agregado en el que predominan interacciones de tipo enlace de hidrógeno, interacciones electroestáticas, enlaces de Van der Waals, etc. Los monómeros funcionales y de entrecruzamiento suelen ser de la misma naturaleza que los utilizados en la vía covalente. El proceso comienza con un ordenamiento de los monómeros funcionales alrededor de la molécula molde, en un disolvente adecuado, para producir un sistema pre-organizado cuya estructura se fija durante el entrecruzamiento, análogo al caso anterior. La extracción de la molécula no requiere ahora roturas de enlaces covalentes y puede llevarse a cabo por un proceso de extracción suave con un disolvente de características adecuadas.

Los inconvenientes de este tipo de polímeros son que se crean huecos menos específicos y que el disolvente compite con los monómeros funcionales en la interacción con la molécula molde. Sin embargo, la capacidad de reocupación de éstos oscila 80-90%; en este caso los puntos de unión se encuentran en zonas más accesibles.

Se encuentran en la literatura científica numerosas referencias a la modificación de electrodos con capas de polímeros de impronta molecular para su aplicación a la detección biomimética de diversos analitos (cfr. US6057377). En concreto, la modificación de electrodos con capas de polímero de impronta molecular como el polifenol (cfr. E. Granot y col, Advanced Functional Materials, 2008, 18, 478-484) capas acrílicas (cfr. M. C. Blanco-López y col., Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2004, 378, 1922-1928) o la poli-o-fenilenediamina (cfr. R. Z. Ouyang y col., Advanced Functional Materials, 2007, 17, 3223-3230) encuentran aplicación en la detección selectiva de diversas sustancias de interés biológico, como monosacáridos y neurotransmisores.

Especial interés tienen los electrodos modificados con sílice o sílices orgánicas que pueden ser impresos molecularmente. Las capas de sol-gel de sílice impresa suelen ser depositadas sobre el electrodo transductor mediante técnicas habituales (depósito por giro spin-coating, o por inmersión dip-coating), partiendo de disoluciones precursoras (sol) que contienen la molécula molde y se dejan gelificar en su presencia.

El molde generalmente se extrae del interior de la capa mediante lavado con disolventes. Estas capas se han aplicado a la detección electroquímica de diversas especies (cfr. R. Gupta y A. Kumar, Biotechnology Advances, 2008, 26, 533-547). Detección selectiva de neurotransmisores: epinefrina o dopamina (cfr. C. W. Hsu y M. C. Yang, Sensors and Actuators B: Chemical, 2008, 134, 680-686; P. C. Pandey y B. C. Upadhyay, Talanta, 2005, 67, 997-1006; N. Gao y col., Electroanalysis, 2007, 19, 1655-1660), detección de aminoácidos (cfr. Z. Zhang y col., Analytical Biochemistry, 2005, 336, 108-116), detección de proteínas (cfr. Z. Zhang y col., Biosensors and Bioelectronics, 2006, 21, 1244-1251), detección enantioselectiva y reconocimiento quiral (S. Marx y D. Avnir, Accounts of Chemical Research, 2007, 40, 768-776; S. Fireman-Shoresh y col., Langmuir, 2005, 21, 7842-7847).

El proceso de depósito y extracción del molde es clave para la obtención de una fase sensora altamente selectiva ya que la formación de agujeros o grietas producidos durante el procesado de la capa empeora sensiblemente la selectividad de la fase sensora.

En muchas ocasiones, el depósito de las capas de polímero se realiza por técnicas electroquímicas (electropolimerización). Este tipo de depósito permite obtener capas finas con un elevado control en su morfología y propiedades. Habitualmente, para realizar el depósito electroquímico de un polímero, se introduce un electrodo en una disolución precursora (de un monómero o mezcla de varios) y se aplica un potencial de oxidación. Los monómeros oxidados (en forma de radical-catión) se acoplan entre sí dando lugar a un polímero que se va depositando en la superficie del electrodo (reacción radicalaria). Polímeros conductores típicos preparados de esta forma son la polianilina, el polipirrol, el politiofeno, etc.

En un principio, los polímeros electroquímicamente generados de esta forma podrían ser considerados de gran interés para formar capas impresas molecularmente, sin más que introducir la molécula molde de interés en la disolución precursora, junto a los monómeros. Sin embargo, el hecho de que sea necesario aplicar un potencial elevado para oxidar el monómero (p. ej. +1.1 V/ENH, para la anilina) limita las moléculas molde utilizables ya que éstas deben tener un potencial de oxidación mayor que el propio monómero. Si esto no es así, la molécula molde se degradaría a los potenciales en los que se obtiene el polímero deseado.

Descripción de la invención

La presente invención proporciona un procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de fabricación de un electrodo biomimético que comprende:

a) mezclar una disolución precursora de sílice con una disolución acuosa que contiene un electrolito soporte, a un pH ácido o básico,

b) agitar la mezcla de la etapa (a),

c) añadir a la mezcla obtenida en la etapa (b) una molécula molde,

d) introducir un electrodo en la mezcla de la etapa (c) y aplicar a dicho electrodo un potencial eléctrico o una corriente eléctrica y

e) eliminar la molécula molde del electrodo modificado obtenido en la etapa (d).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en la etapa (a) la disolución precursora de sílice contiene un alcóxido de silicio.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde el alcóxido de silicio se selecciona entre tetraetilortosilano, tetrametoxisilano o combinación de los mismos.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, donde el alcóxido de silicio es tetraetilortosilano.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la disolución precursora además contiene un alcohol.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, donde el alcohol se selecciona entre etanol, metanol, iso-propanol, n-propanol, butanol o alcohol bencílico.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde el alcohol es etanol.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde en la etapa (a) el electrolito soporte es una sal.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, donde la sal se selecciona de la lista que comprende KCl, NaCl, Na2SO4, NaNO3 o cualquiera de sus combinaciones.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el electrolito soporte se encuentra a una concentración de entre 0.001 y 3 M.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la mezcla de la etapa (a) tiene un valor de pH de entre 0 y 7 empleando un ácido.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, donde el ácido se selecciona de la lista que comprende HCl, H2S, H2SO4, CH3COOH, HCOOH, HOOC-COOH, HClO4 y HNO3.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde en la etapa (c) la molécula molde se selecciona de la lista que comprende dopamina, epinefrina, ácido úrico, glucosa, colesterol o resveratrol.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, donde la molécula molde es dopamina o glucosa.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, donde la molécula molde se encuentra a una concentración de entre 0.001 y 3 M.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, donde en la etapa (d) el electrodo se selecciona de la lista que comprende carbono vítreo, grafito, diamante dopado con boro, electrodo modificado con nanotubos de carbono, electrodo metálico o electrodo serigrafiado de carbono, oro o platino soportado en base cerámica o plástica.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, donde el electrodo es carbono vítreo u oro.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde en la etapa (d) el potencial eléctrico a aplicar es de entre +0.5 y -3.0 V frente a un electrodo normal de hidrógeno.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, donde el potencial se aplica durante un tiempo de entre entre 5 s y 30 min.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde en la etapa (d) la corriente eléctrica de reducción a aplicar tiene un valor de entre 0 y -100 mA cm-2.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, donde la corriente eléctrica se aplica durante un tiempo de entre entre 5 s y 30 min.

22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde en la etapa (e) la eliminación de la molécula molde se realiza mediante extracción con un disolvente.

23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde en la etapa (e) la eliminación de la molécula molde se realiza mediante extracción electroquímica.

24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, donde en la etapa (a) además se añade un compuesto organoalcoxisilano que se selecciona de la lista que comprende metiltrietoxisilano, metiltrimetoxisilano, feniltrietoxisilano, viniltrietoxisilano o cualquiera de sus combinaciones.

25. Electrodo biomimético obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24.

26. Uso del electrodo biomimético según la reivindicación 25 para la fabricación de un sensor amperométrico, voltamperométrico, impedimétrico o potenciométrico.

27. Uso según la reivindicación 26, donde el sensor es amperométrico.

28. Sensor que comprende el electrodo biomimético según la reivindicación 25.

29. Uso del sensor según la reivindicación 28 para la detección electroquímica de la molécula molde en una muestra.


 

Patentes similares o relacionadas:

Electrodo de referencia potenciométrico con membrana heterogénea, del 31 de Octubre de 2018, de SIEMENS HEALTHCARE DIAGNOSTICS INC.: Un electrodo de referencia potenciométrico para uso en un análisis electroquímico de una muestra acuosa, que comprende un conductor eléctrico; una capa […]

Membrana de detección de magnesio para el electrodo potenciométrico selectivo de iones para la medición de magnesio ionizado y métodos de uso de los mismos, del 18 de Octubre de 2018, de SIEMENS HEALTHCARE DIAGNOSTICS INC.: Una membrana de detección de magnesio para un electrodo potenciométrico selectivo de iones que detecta el magnesio ionizado en una muestra biológica, comprendiendo la membrana: […]

Sistema de sensor inteligente que utiliza un polímero electroactivo, del 22 de Diciembre de 2015, de UNIVERSITE CATHOLIQUE DE LOUVAIN: Sistema para medir un pH de solución que comprende • Un potenciostato , dicho potenciostato comprende un electrodo (W) de trabajo hecho de […]

Sensores electroquímicos de urea y métodos para fabricar los mismos, del 29 de Enero de 2014, de INSTRUMENTATION LABORATORY COMPANY: Un sensor para detectar urea en una muestra, que comprende: un electrodo; una membrana selectiva de iones que comprende una matriz […]

Adhesión mejorada de membranas sobre una capa de nitruro en sensores electroquímicos mediante su fijación a una capa de óxido subyacente, del 3 de Mayo de 2013, de GE ANALYTICAL INSTRUMENTS, INC: Estructura en un sensor electroquímico de estado sólido, que comprende: un sustrato ; una capa de óxido dispuesta sobre el sustrato […]

COMPLEJO TRIPOLIFOSFATO-TENSIOACTIVO CATIÓNICO COMO IONÓFORO EN ELECTRODOS SELECTIVOS Y SUS APLICACIONES, del 8 de Mayo de 2012, de CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC): Complejo tripolifosfato-tensioactivo catiónico como ionóforo en electrodos selectivos y sus aplicaciones. La presente invención se refiere a un complejo iónico que comprende […]

Procedimiento para marcar un producto y procedimiento para identificarlo, del 16 de Marzo de 2012, de SICPA HOLDING SA: Un procedimiento para marcar un material seleccionado del grupo que consiste en bebidas alcohólicas y perfumes, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a) identificar […]

SISTEMA DE DETERMINACIÓN DE HEPARINA EN EL LUGAR DE ATENCIÓN AL PACIENTE, del 24 de Febrero de 2012, de MEDTRONIC, INC.: Un sistema para determinar la concentración de heparina en una muestra, comprendiendo el sistema: un cartucho que incluye una vía de fluido […]

Otras patentes de la CIP G01N33/552