Aparato y procedimiento de detección y/o de cuantificación de compuestos de interés presentes en forma gaseosa o en solución en un disolvente.

Aparato de detección y/o de cuantificación selectiva de compuestos de interés presentes en forma gaseosa o ensolución en un disolvente que comprende:

- un dispositivo eléctrico que comprende:

- dos electrodos,

- una capa de material dieléctrico aislante,

- una capa que comprende una capa de molécula receptora que comprende al menos una moléculareceptora A, comprendiendo dicha molécula receptora A un grupo R1 susceptible de reaccionar con loscompuestos de interés,

- una capa de material semiconductor, y

- un dispositivo de detección y/o de medición de la variación de cargas positivas entre los dos electrodos,

caracterizado porque la capa de molécula receptora A está injertada en la capa de material dieléctrico aislante yrevestida con la capa de material semiconductor.

Aparato y procedimiento de detección y/o de cuantificación de compuestos de interés presentes en forma gaseosa o en solución en un disolvente La invención se refiere a un aparato y a un procedimiento de detección y/o de cuantificación de compuestos de interés presentes en forma gaseosa o en solución en un disolvente.

Numerosos compuestos, que pueden encontrarse en forma gaseosa o también en solución en un disolvente, deben poder ser detectados y/o cuantificados rápidamente, directamente en el sitio de intervención y de manera selectiva.

Dichos compuestos son, por ejemplo, los compuestos organofosforados que son moléculas constituidas por un átomo de fósforo a los que están unidos diferentes grupos químicos cuya naturaleza determina las propiedades exactas del compuesto. Objeto de investigaciones intensivas sobre los gases bélicos durante y después de la Segunda Guerra Mundial que desembocaron en el desarrollo de los gases Sarín, Somán, Tabún, Ciclosarín, GV, VX, VE, VG y VM, y de moléculas que simulan la acción de los organofosforados neurotóxicos de tipo DFP (Diisopropilfluorofosfato) , DCP (dietilclorofosfato) y DMMP (dimetil-metillfosfonato) , los compuestos organofosforados se utilizan hoy en día principalmente en agricultura como insecticidas o herbicidas. Entre la gran variedad de pesticidas a base de compuestos organofosforados que existen, pueden mencionarse particularmente Paratión, Malatión, Paratión metílico, Clorpirifós, Diazinón, Diclorvós, Fosmet, Tetraclorvinfós y Azinfós metílico.

El modo de acción de los compuestos organofosforados se basa en la afinidad de estos últimos por una enzima implicada en la transmisión del flujo nervioso: la colinesterasa. Los compuestos organofosforados tienen, en efecto, la propiedad de fijarse de forma particularmente fuerte y estable a nivel del sitio activo de esta enzima. Una vez fijado, el compuesto organofosforado impide a la colinesterasa degradar la acetilcolina, neurotransmisor liberado a nivel de las sinapsis neuronales durante la excitación neuronal: falta de degradación de acetilcolina en colina y acetilo inactivos, las neuronas están constantemente excitadas, lo que puede conllevar la parálisis del sistema nervioso central y conducir a la muerte.

Siendo el mecanismo implicado en la transmisión del flujo nervioso que es bloqueado por los compuestos organofosforados idéntico en todo el reino animal, los compuestos organofosforados utilizados como insecticidas no solamente son tóxicos para los insectos sino también para cualquier animal, incluyendo el ser humano. Por esta razón, a pesar de su relativa buena biodegradabilidad que les ha permitido suplantar a los insecticidas a base de compuestos organoclorados que presentan una biodegradabilidad reducida, su toxicidad muy superior requiere precauciones de empleo particulares. En efecto, los compuestos organofosforados pueden plantear problemas muy graves debido a la acumulación en el medio ambiente o durante toda la cadena alimentaria en caso de presencia de residuos en las plantas, en el agua, en la carne de animales que hayan consumido alimentos que contienen compuestos organofosforados. Estando estos insecticidas 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 salud pública y serían también particularmente útiles para la industria agroalimentaria.

Además, a pesar de su prohibición en 1997, los gases bélicos siguen siendo una amenaza. Por un lado la producción de gases bélicos de tipo Sarín, Tomán, VX es fácil y, por otro lado, siendo estos compuestos inodoros e incoloros, pueden ser inhalados sin que el individuo sea consciente de ello. La detección inmediata de la presencia de dichos gases es, por lo tanto, un objetivo principal para proteger a los soldados en zona de combate pero también a las poblaciones civiles frente al riesgo terrorista. Esto ha quedado claramente demostrado, particularmente desde el atentando mortal con Sarín perpetrado por el grupo terrorista de Aum Shinrikyo en el metro de Tokio en 1995.

Se han desarrollado numerosos procedimientos y dispositivos de detección de compuestos organofosforados.

De este modo, se comercializan sensores químicos sensibles a los gases organofosforados, que funcionan en su mayor parte según el principio de la «nariz electrónica». La patente US 5.571.401, por ejemplo, describe un sensor químico constituido por chips que comprenden una resistencia compuesta por polímeros no conductores y por materiales conductores: cuando una molécula química entra en contacto con los materiales conductores, a continuación se detecta una diferencia de resistencia. Estos sensores tienen el inconveniente de ser poco específicos y de ser muy sensibles a los falsos positivos. También se han desarrollado sensores a base de redes bidimensionales de nanotubos de carbono (documento 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.

Recientemente se han descrito procedimientos de detección selectivos de los compuestos organofosforados en solución basados en la medición de la fluorescencia. Zhang et al., han mostrado que, en presencia de una molécula que posee una amina en proximidad espacial de un alcohol primario y un cromóforo no plano, flexible y débilmente conjugado, los compuestos organofosforados reaccionan con el alcohol primario, permitiendo el fosfato obtenido la ciclación por sustitución nucleofílica intramolecular, estabilizando el cromóforo en el plano y conduciendo a un aumento de la fluorescencia (S. W. Zhang y T. M. Swager, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 3420-3421) . Esta ciclación permite, por lo tanto, una detección por fluorescencia de los agentes organofosforados en solución. El

equipo de J. Rebek, Jr. ha mostrado a continuación que ciertos derivados del ácido de Kemp que comprenden un alcohol primario cerca de una amina terciaria son también buenos candidatos para detectar las especies organofosforadas neurotóxicas (T. J. Dale & J. Rebek, Jr., J. Am. Chem. Soc., 2006, 4500-4501) . Como S. W. Zhang et al., había mostrado anteriormente, cuando el alcohol primario reacciona con un compuesto organofosforado, el fosfato obtenido permite la ciclación por sustitución nucleofílica intramolecular y la obtención de un amonio cuaternario de acuerdo con la reacción que se presenta en el siguiente esquema:

Rebek y col., desarrollaron a continuación derivados del ácido de Kemp en los que R es un fluoróforo. En su forma abierta, la fluorescencia está impedida por una transferencia de electrones fotoinducida debida a la amina. La ciclación anula esta transferencia de electrones y aumenta la fluorescencia de la molécula. Una exposición de 5 segundos de un filtro que comprende el ácido de Kemp acoplado a un fluoróforo en una atmósfera que comprende 10 ppm de DFP permite la detección de este organofosforado por fluorescencia mediante la lectura en lámpara UV. Esta detección, aunque específica tiene diversos inconvenientes. En primer lugar, necesita ser realizada en un entorno con luminosidad reducida. Por lo tanto, no siempre puede ser utilizada en los lugares en los que se va a detectar la presencia de los compuestos organofosforados y en tiempo real. Por otro lado, necesita el empleo de una lámpara UV lo que aumenta el volumen y, por lo tanto, reduce la portabilidad, del dispositivo de detección y/o de cuantificación de los compuestos organofosforados.

También se han desarrollado procedimientos basados en la utilización de un biosensor que comprende enzimas que presentan una afinidad por los compuestos organofosforados, por ejemplo la colinesterasa. En la solicitud PCT WO 2004/040004, se utilizaron algas unicelulares que expresan a nivel de la membrana la acetilcolinesterasa para ensayar la presencia de compuestos organofosforados en medio acuoso, estando el porcentaje de inhibición de la acetilcolinesterasa correlacionado con la concentración de compuestos organofosforados en el líquido acuoso controlado. Este procedimiento requiere la disolución de los compuestos organofosforados antes de su detección.

Ishii A. et al., describen un sensor a base de nanotubos de carbono para detectar insecticidas organofosforados.

Este sensor comprende dos electrodos, un sustrato revestido, por una cara, de un material aislante, material aislante en el que está injertada una molécula de acetilcolinesterasa que detecta los compuestos organofosforados y, por la otra cara, de un material semiconductor.

Un dispositivo de medición de la corriente que circulan entre los... [Seguir leyendo]

1. Aparato de detección y/o de cuantificación selectiva de compuestos de interés presentes en forma gaseosa o en solución en un disolvente que comprende:

-un dispositivo eléctrico que comprende:

• dos electrodos,

• una capa de material dieléctrico aislante,

• una capa que comprende una capa de molécula receptora que comprende al menos una molécula receptora A, comprendiendo dicha molécula receptora A un grupo R1 susceptible de reaccionar con los compuestos de interés,

• una capa de material semiconductor, y

-un dispositivo de detección y/o de medición de la variación de cargas positivas entre los dos electrodos,

caracterizado porque la capa de molécula receptora A está injertada en la capa de material dieléctrico aislante y revestida con la capa de material semiconductor.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la al menos una molécula receptora A comprende, además, un grupo R que permite el injerto de la molécula receptora A en el material dieléctrico aislante.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el material dieléctrico aislante está seleccionado entre materiales dieléctricos aislantes a base de silicio, materiales dieléctricos aislantes a base de aluminio o de hafnio y materiales dieléctricos aislantes orgánicos, preferentemente seleccionados entre óxido de silicio, óxido de aluminio y polihexeno diimida.

4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el material dieléctrico aislante es a base de silicio, preferentemente es óxido de silicio SiO2, y porque el grupo R de la molécula receptora A es un grupo trihalogenosilano o trialcoxi (C1 aC4) silano, preferentemente un grupo trimetoxisilano.

5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el material dieléctrico aislante es a base de aluminio, preferentemente es óxido de aluminio Al2O3, y porque el grupo R de la molécula receptora A es un grupo trihalogenosilano o trialcoxi (C1 aC4) silano, preferentemente un grupo trimetoxisilano.

6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el material dieléctrico aislante es un material aislante dieléctrico orgánico, preferentemente polihexeno diimida, y porque el grupo R de la molécula receptora A es un grupo trihalogenosilano o trialcoxi (C1 aC4) silano, preferentemente un grupo trimetoxisilano.

7. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la molécula receptora A comprende, además, una parte separadora que conecta el grupo R al grupo R1, estando esta parte separadora constituida por una cadena hidrocarbonada de C1 aC20 inclusive, lineal o ramificada, y que puede contener al menos un heteroátomo y/o radical aromático y/o radical heteroaromático.

8. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los compuestos de interés son compuestos organofosforados y porque el grupo R1 de la molécula receptora A es un grupo constituido por un grupo alcohol primario situado espacialmente próximo a un grupo amina terciaria, preferentemente dicha molécula receptora A se obtiene a partir del ácido de Kemp y tiene la fórmula general (I) siguiente:

en la que R representa el grupo de injerto, eventualmente provisto de la parte separadora.

9. Aparato de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha molécula receptora A es una molécula de fórmula general (II) siguiente:

en la que R representa el grupo de injerto, eventualmente provisto de la parte separadora.

10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha molécula receptora A es una molécula de fórmula general (III) siguiente:

en la que R representa el grupo de injerto, eventualmente provisto de la parte separadora.

11. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el grupo R es un grupo trimetoxisilano.

12. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los compuestos de

interés son iones mercúricos Hg2+, y porque el grupo R1 de la molécula receptora A está seleccionado entre un compuesto ditia dioxa-monoaza éter corona, una N, N' (hidroxietil) amina, una N, N' (carboxiletil) amina y las mezclas de al menos dos de estos compuestos, preferentemente el grupo R1 de la molécula receptora A es un grupo ditia dioxamonoaza éter corona.

13. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los compuestos de interés son compuestos nitrados y porque el grupo R1 de la molécula receptora A es un grupo polimetoxiareno, preferentemente dimetoxibenceno.

14. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los compuestos de interés son compuestos básicos y porque el grupo R1 de la molécula receptora A es un grupo ácido.

15. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo 20 eléctrico es de tipo resistivo o es un transistor de efecto de campo.

16. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de material semiconductor es una capa de nanotubos de carbono y/o de nanohilos a base de Si y/o de laminillas de grafeno.

17. Procedimiento de detección y/o de cuantificación de compuestos de interés caracterizado porque comprende 25 las siguientes etapas:

a) puesta en contacto de la muestra susceptible de contener los compuestos de interés con la al menos una molécula receptora A del aparato de detección y/o de cuantificación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, y b) lectura de la variación de carga inducida por la reacción de la molécula receptora A con el compuesto de interés midiendo la diferencia de corriente o de tensión entre los dos electrodos del dispositivo eléctrico.