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

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... [Seguir leyendo]

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