Desarrollo de un sensor electroquímico de magnesio (Mg2+) y método de construcción del mismo.

Desarrollo de un sensor electroquímico de magnesio (Mg2+) y el método de construcción del mismo basado en la formación de una red tridimensional polimérica que permite el atrapamiento/inmovilización de un indicador selectivo para Mg2+,

Negro de eriocromo T, mediante el uso de un agente de entrecruzamiento y un polímero positivo tipo polietilenimina. La combinación de estos tres reactivos permite la construcción del sensor en cualquier superficie conductora evitando la electropolimerización del indicador. El sensor resultante permite medir Mg2+ en cualquier tipo de muestras, sin necesidad de adicionar sales orgánicas, aditivos o solventes orgánicos. La cuantificación de Mg2+ se realiza directamente incubando el sensor en la muestra conteniendo el analito, resultando en una modificación de la señal amperométrica proporcional a su concentración.

DESARROLLO DE UN SENSOR ELECTROQUÍMICO DE MAGNESIO (Ma2+IY MÉTODO

DE CONSTRUCCIÓN DEL MISMO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo analítico, un sensor químico electroquímico para medir de Mg2+ en cualquier tipo de muestras, y al método de construcción de dicho dispositivo.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un dispositivo analítico, un sensor electroquímico para la detección de Mg2+ basado en el atrapamiento/inmovilización en una red tridimensional polimérica de un indicador selectivo para Mg2+ mediante el uso de un agente de entrecruzamiento y un polímero positivo.

La novedad reside en la creación de una red tridimensional polimérica con el indicador Negro de eriocromo T para la detección electroquímica de Mg2+ en cualquier matriz. Destaca su simplicidad y estabilidad. El método es sencillo sin necesidad de adicionar sales orgánicas, aditivos o solventes orgánicos, sólo son necesario tres componentes, un polímero cargado positivamente, el indicador (Negro de eriocromo® T) y un agente de entrecruzamiento.

Adicionalmente esta red tridimensional polimérica o interfase proporciona un entorno adecuado que estabiliza al indicador de tal suerte que el sensor posee una alta estabilidad tanto operativa como de almacenamiento.

Esta red se forma a partir de la interacción electrostática del indicador, en este caso Eriocrhome® Black T, con un polímero cargado positivamente como puede ser una polietilenimina, los cuales se ponen en contacto y se depositan sobre la superficie transductora. A continuación se añade un agente de entrecruzamiento como puede ser el polietilenglicol [poli (etilene glicol)(400) diglicidil eter] o gutaraldehido, y se forma así la red tridimensional que contiene el indicador, el cual reacciona con el Mg2+ y se produce un cambio electroquímico pudiendo ser este un cambio de potencial o un cambio en la intensidad o de conductividad.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de dispositivos analíticos, estando especialmente centrado en el ámbito de los sensores, sondas, sistemas y métodos de detección y cuantificación de analitos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es sabido, los sensores constituyen dispositivos de análisis que se configuran como una herramienta analítica fiable y sencilla que, además, presenta la ventaja de ser barata, portátil, selectiva, y de fácil manejo.

De manera general un sensor químico es cualquier dispositivo capaz de responder de manera inequívoca a un analito concreto en el seno de una muestra compleja. Consta, esencialmente, de dos partes: el elemento de reconocimiento que interactúa con el analito y aporta selectividad al sensor, y el transductor que permite convertir esa interacción en una señal medióle y por tanto en información analítica.

En el caso de los sensores químicos la molécula que reconoce selectivamente el analito es una molécula orgánica diseñada para unirse y detectar pequeñas moléculas o iones (llamada quimiosensor).

Ha sido en los últimos años, cuando se ha suscitado un gran interés y se ha invertido un gran esfuerzo en el desarrollo de quimiosensores selectivos y sensibles para la detección de iones. La síntesis de nuevas macromoléculas, fundamentalmente derivados de éteres de corona [1], polieters [2], derivados de hidroxiquinollna [3] de cumarina [4], o de porfirina [5] han permitido la detección tanto óptica como electroquímica, de Mg2+ con una alta sensibilidad. No obstante el elevado coste que implica la síntesis de estos compuestos y su falta de selectividad, que resulta en elevadas interferencias provenientes del Ca2+ en medios acuosos, son serias desventajas difícilmente de soslayar. Otros compuestos utilizados son indicadores como Azul de xilidil que tras reducir su pH mediante la incorporación en el film de un ácido como un ácido fosfónico o sulfónico cambian sus propiedades ópticas tras la adición del analito US Patent 2007092973 [6],

El negro eriocromo T es un indicador tradicional de iones metálicos ampliamente utilizado

en las titulaciones de varios cationes comunes. Este compuesto tiene un grupo ácido sulfónico que se disocia completamente en agua, así como dos grupos fenólicos que se disocian parcialmente. Uno de los mayores inconvenientes es que este compuesto es inestable en disolución, probablemente debido a que la molécula contiene un grupo oxidante (nitro) y otro reductor (azo). Se ha descrito el uso de este compuesto directamente como quimiosensor con iones de Mg2+ US Patent 4,383,043 [7] en un ensayo colorimétrico en disolución. Para ello era necesario la adición de un compuesto que formase complejo con metales pesados y el compuesto EGTA (Ethyleneglycol-bis[B-aminoethy ether]-N-N - tetraacetic acid) que eliminaba las interferencias provenientes del Ca2+, con el fin de obtener la selectividad requerida para realizar el ensayo. Posteriormente se montó este sistema de ensayo en disolución, en un sistema complejo de flujo con un fotómetro multi- LED en el que se inyectaban diversos indicadores entre los cuales estaba el negro eriocromo T, este sistema permitió tras el análisis de los resultados mediante quimiometría, la discriminación de distintas agua minerales [8].

Por otra parte el negro de eriocromo T ha sido utilizado para la detección de Mg2+ utilizando distintos métodos electroquímicos, así caben destacar el sistema en flujo con detección amperométrica en el que todos los reactivos se encuentran en disolución siendo necesaria la adición de EGTA y trietanolamina para eliminar las interferencias provenientes del Ca2+ y Fe3+ respectivamente, y de un surfactante para minimizar la pasivación de la superficie del electrodo por la oxidación del indicador [9]. De igual manera con todos los reactivos en disolución se detectó Mg2+ sobre electrodos de mercurio mediante la reducción del complejo indicador- Mg2+ adsorbido [10].

Un intento de desarrollar un sensor con Negro de eriocromo T ha sido su electropolimerización con polipirrol, sin embargo no se obtuvo la estabilidad ni selectividad adecuadas debido a pérdidas del indicador y procesos de complejación, presentando respuesta tanto a Ca2+ como a Mg2+ [11].

El interés por el Mg2+ estriba en que es uno de los metales iónicos más abundantes e importantes en los sistemas biológicos. Regula numerosas actividades como por ejemplo, la neuronal, la transmisiónneuromuscular, o la presión arterial y juega un papel clave en diversas patologías como enfermedades vasculares y migrañas, entre otras, por lo que resulta esencial su monitorización a niveles fisiológicos. Adicionalmente el Mg2+ es utilizado

en diversos procesos industriales como sistemas de protección de otros materiales y en mecanismos que requieran movimientos a alta velocidad [12].

Habitualmente en la bibliografía se describen nuevas moléculas en disolución con características mejoradas y que son sensibles al Mg2+. Uno de los mayores retos es construir un sensor químico en el que el indicador o molécula orgánica se inmovilice y mantenga sus características analíticas respecto su selectividad y sensibilidad. Los sensores químicos que han destacado por su robustez y aplicabilidad han sido los electrodos selectivos de iones. En estos sensores el compuesto selectivo, como puede ser péptidos no cíclicos US Patent 6,540,893B1 [13], o derivados de 1,10 fenantrolina US Pat. 5,350,518 [14], se encuentran retenidos en una membrana. Estos compuestos junto con una sal (un ión que minimiza la adsorción no específica) y un compuesto plastificante son depositados tras la evaporación del disolvente como el tetrahidrofurano. Otra forma de retener los indicadores resulta mediante la formación de un film polimérico transparente, hidrogeles compuestos con polímeros de plástico o de resina y mediante el uso de aditivos que le proporcionan selectividad. Un hidrogel es una red tridimensional de polímeros hidrofílicos que resultan insolubles pero que se hinchan al hidratarse en presencia de agua US Pat 5,744,794 [15]. En algunos casos a la red polimérica de resina o plástico, es necesario añadirle además del indicador, una sal orgánica (TBAB que forma pares iónicos con el indicador), un surfactante, un ácido y un polímero de bajo peso molecular (1000 Mw) como polietilenimina y EGTA para conseguir la respuesta adecuada US Patent 2007092973 [6]. Otros tipos de inmovilización que han resultado con menor éxito comercial para otras aplicaciones no sensoras ha sido la inmovilización del indicador en geles de sílice, así parece...

1.- DISPOSITIVO ANALÍTICO SENSOR, aplicable para la detección electroquímica de Mg2+, que basado en la formación de un film tridimensional polimérico sobre una superficie conductora, está caracterizado por el atrapamiento de un indicador selectivo para Mg2+con un polímero catiónico y un agente de entrecruzamiento.

2.- DISPOSITIVO ANALÍTICO SENSOR, según la reivindicación 1, caracterizado porque el indicador atrapado es Negro de eriocromo T.

3.- DISPOSITIVO ANALÍTICO SENSOR, según las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque la red tridimensional polimérica contiene un polímero catiónico con grupos funcionales tipo amino, tipo polietilenimina, que reaccionan químicamente con un agente de entrecruzamiento.

4.- DISPOSITIVO ANALÍTICO SENSOR, según las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la red tridimensional polimérica que se forma por la reacción química de un agente de entrecruzamiento tipo Polietilene glicol 400 diglicidil éter o glutaraldehido, donde el agente de entrecruzamiento está presente en una concentración de 2 al 50% en peso, sobre el peso del polímero.

5.- DISPOSITIVO ANALÍTICO SENSOR, según las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el film tridimensional polimérico puede depositarse en cualquier superficie transductora tipo oro, grafito, grafeno, carbón vitrificado o sobre fibras conductoras.

6.- METODO DE CONSTRUCCION DE UN DISPOSITIVO SENSOR para la detección electroquímica de Mg2+, tal como el descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde el indicador al formar complejo con el Mg2+ cambia su potencial de oxidación y que se caracteriza por:

- En superficies planas: la adición de una mezcla de un polímero catiónico conteniendo grupo amino tipo polietilenimina y el indicador Negro de Eriochromo T y su estabilización mediante la adición de un agente de entrecruzamiento tipo Polietilene glicol 400 diglicidil éter o glutaraldehido que estabiliza la red polimérica.

- En fibras o hilos: la inmersión de la fibra o hilo en una mezcla de un polímero catiónico conteniendo grupo amino tipo polietilenimina y el indicador Negro de Eriochromo T y su estabilización mediante la adición de un agente de entrecruzamiento tipo Polietilene glicol 400 diglicidil éter o glutaraldehido.

7.- MÉTODO, según la reivindicación 6, caracterizado porque la modificación de la superficie del sensor se puede repetir n veces depositando n films poliméricos con el fin de aumentar la cantidad de indicador atrapado así como controlar las características difusionales del sensor.

8.- MÉTODO, según las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque la detección del analito se realiza directamente incubando el sensor en la muestra conteniendo el Mgz+, lo que provoca un cambio en la señal amperométrica proporcional a la concentración de Mg2+.