SUPERFICIE CATALITICA.
La presente invención es una superficie catalítica que inmoviliza por cross-linking la dopamina sobre una plataforma base funcionalizada con el ion 4-nitroarenodiazonio.
Esta superficie catalítica presenta una elevada actividad catalítica frente a la detección del Hexacianoferrato (III), mediador implicado en reacciones de las enzimas oxidasas. La invención, con la inmovilización de la dopamina por formación de enlace covalente sobre la plataforma base funcionalizada, proporciona una mejor vida media del biosensor que la adsorción directa, requisito potencial exigible en el diseño de dispositivos o prototipos comercializados.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100400.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE VIGO.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: GONZÁLEZ ROMERO,Elisa, GONZÁLEZ COSTAS,Javier Marcos, GONZÁLEZ VEIGA,María Cristina, CARRO PÉREZ,Iria.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01J31/06 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 31/00 Catalizadores que contienen hidruros, complejos de coordinación o compuestos orgánicos (composiciones catalíticas utilizadas únicamente para reacciones de polimerización C08). › que contienen polímeros.
- C07C245/20 QUIMICA; METALURGIA. › C07 QUIMICA ORGANICA. › C07C COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos macromoleculares C08; producción de compuestos orgánicos por electrolisiso electroforesis C25B 3/00, C25B 7/00). › C07C 245/00 Compuestos que contienen cadenas de al menos dos átomos de nitrógeno con al menos un enlace múltiple nitrógeno-nitrógeno (compuestos azoxi C07C 291/08). › Compuestos diazonio.
- C25B11/06
- G01N27/327 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 bioquímicos.
- G01N33/02 G01N […] › G01N 33/00 Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00. › alimentación.
- G01N33/48 G01N 33/00 […] › Material biológico, p. ej. sangre, orina (G01N 33/02, G01N 33/26, G01N 33/44, G01N 33/46 tienen prioridad ); Hemocitómetros (cómputo de glóbulos repartidos sobre una superficie por barrido óptico de la superficie G06M 11/02).
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Fragmento de la descripción:
SUPERFICIE CATAlÍTICA
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN 5 La presente invención está comprendida en el campo de los sensores con la modificación superficial de materiales conductores y semiconductores para la obtención de superficies que presenten una actividad catalítica elevada frente a compuestos de interés. Esto repercutirá en una mejora muy significativa en los límites de detección y cuantificación de dichos compuestos, que sirvan de transductores electroquímicos en el 1 O diseño de biosensores. La intervención de las enzimas oxidasas teniendo como mediador el hexacianoferrato (111) , hace que su campo de aplicación sea muy amplio, y en particular en clínica, medioambiente y alimentos. 15 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Uno de los objetivos que se persigue en el desarrollo de sensores y biosensores es la detección y determinación, sensible y selectiva, de sustancias de tipo biológico. Para ello, se conjugan la utilización de técnicas electroquímicas extremadamente sensibles como la polarografía o la voltamperometría de pulso diferencial, y la voltamperometría 20 de onda cuadrada, con la sensibilidad que ofrecen las superficies catalíticas en el transductor base y la selectividad que muestra el uso de mediadores o sondas electroactivas. Actualmente, se sigue investigando sobre el papel que juegan los iones arenodiazonio, 25 ArN/, en los procesos de carcinogénesis y mutagénesis de moléculas biológicas de especial relevancia. Además de eso, una de las tendencias actuales es analizar la versatilidad en su empleo como reactivo precursor en la fabricación de electrodos sólidos modificados, metálicos y no metálicos, que sirvan como transductores en aplicaciones biosensoras. 30 Se ha llevado a cabo la modificación superficial de diversos materiales con iones de arenodiazonio para diferentes aplicaciones. Todas ellas, aunque con enfoques muy diferentes, se basan en el diseño y desarrollo de superficies sensoras por funcionalización de dichas superficies con iones arenodiazonio como precursores. No existen precedentes de la inmovilización del neurotransmisor dopamina sobre una superficie funcionalizada con monómeros precursores como los iones de arenodiazonio, mediante el empleo del agente bifuncional glutaraldehído, para la obtención de superficies catalíticas y, menos aún, con las características descritas en 5 la presente invención. J. M. Savéant, J. Pinson y M. Delamar han desarrollado superficies funcionalizadas con iones de arenodiazonio para fines anticorrosivos, llevándose a cabo el injerto de estos iones en medio orgánico a potencial fijo y sobre cualquier material (metálico y no 1O metálico) (Pinson, J. Podvorica, F. "Attachment of organic layers to conductive or semiconductive surfaces by reduction of diazonium salts" Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 429-439; Combellas, C. et al. "Steric Effects in the Reaction of Ar y l Radicals on Surfaces", Langmuir 2009, 25, 286-293) . Con la funcionalización, tal y como se describe en estas publicaciones, se obtienen superficies no conductoras que 15 apantallan cualquier señal electroquímica de especies electroactivas. En la presente invención, sin embargo, a pesar de que se pierde la señal inicial con la funcionalización, el hecho de inmovilizar el neurotransmisor sobre la plataforma base funcionalizada da lugar a que se obtenga una superficie conductora con actividad catalítica sobre la misma, con el consiguiente incremento de la señal analítica. 20 A.J. Downard hace una modificación del electrodo de carbono con grupos 4-fenil acetato al injertar sobre la superficie el correspondiente ion arenodiazonio (Downard, A. et al. "Covalent modification of carbon electrodes for voltammetric differentiation of dopamine and ascorbic acid" Anal. Chim. Acta, 1995, 317, 303-310) . La actividad 25 catalítica de estas superficies les permitió detectar la dopamina en presencia del ácido ascórbico como principal interferencia, por debajo del nanomolar. La actividad catalítica la proporciona otro grupo funcional presente en la superficie diferente al de la dopamina, lo cual condiciona la reactividad del dispositivo de la publicación. La diferencia con el dispositivo de la presente invención se basa en que la superficie 30 obtenida por A.J. Downard se utiliza para la determinación de la dopamina como analito, no está dicha dopamina implicada como reactivo en la modificación de la superficie del electrodo. La integración de la dopamina en el electrodo no es el resultado de un proceso obvio.1O
30
La misma selectividad frente a la detección de la dopamina a la encontrada por A.J. Downard se muestra en el trabajo de B.O. Bath, donde la superficie de fibra de carbono se modificó con grupos funcionales catecol por derivatización posterior de los grupos fenil-amino y fenil-carboxilo que procedían de la funcionalización de dichas superficies con los correspondientes iones arenodiazonio sustituidos con esos grupos funcionales (B.O. Bath et al. "Dopamine Adsorption at Surface Modified Carbon-Fiber Electrodes" Langmuir 2001, 17, 7032-7039) . La modificación con dopamina en este trabajo de Bath se lleva a cabo en condiciones completamente diferentes a las propuestas en la presente invención: tampón acético/acetato de pH=4.5 y carbodiimida como agente funcional de enlace químico y funcionalización amperométrica, aplicando un potencial de -0.8 V vs Ag/AgCI. El procedimiento de funcionalización y derivatización según esta publicación es largo y tedioso y se necesita un mínimo de 26 horas hasta obtener la superficie modificada, mientras que el protocolo de la presente invención únicamente requiere 2 h. Esto último supone una ventaja en la disminución del tiempo de análisis lo que permite una mayor frecuencia de muestreo, aspecto importante si se trata de análisis en control de procesos en la industria alimentaria, análisis clínicos o en el medioambiente.
La publicación más cercana a la invención es un trabajo del grupo canadiense de D. Bélanger que funcionalizan la superficie amperométricamente a -0.4 V vs Ag/AgCI (KCI saturado) durante 5 s., generando "in situ" el ion arenodiazonio mediante la reacción de diazotación de la amina aromática correspondiente, sustituida con un catecol, con la adición de nitrito sódico en un medio orgánico como el acetonitrilo (Cougnon, C. et al. "In Situ Formation of Diazonium Salts from Nitro Precursors for Scanning Electrochemical Microscopy Patterning of Surfaces" Angew. Chem. lnt. Ed. 2009, 48, 4006-4008) . El ion arenodiazonio se injerta sobre la superficie con la función catecol dirigida hacia el seno de la disolución. Sin embargo, el procedimiento de modificación superficial del electrodo de carbono vítreo es muy diferente, lo que da lugar a la obtención de superficies no conductoras. En este trabajo la diazotación se lleva a cabo en medio orgánico, no utilizan un agente de enlace químico bifuncional y no observan actividad catalítica de la superficie; por el contrario, observan la pasivación de la misma cuando ésta es caracterizada con la sonda redox, Fe (CN) 63-14-, teniendo lugar la disminución de la corriente de la sonda como consecuencia del recubrimiento y formación de una monocapa orgánica de 40¡Jm.
Otro trabajo del grupo de D. Bélanger (Nguyen, N.H. et al. "Eiectrochemistr y and Reactivity of Surface-Confined Catechol Groups Derived from Diazonium Reduction. Bias-Assisted Michael Addition at the Solid/Liquid Interface" Langmuir 2009, 25, 3504- 3508) describe la funcionalización con iones de arenodiazonio hasta obtener la 5 modificación superficial del electrodo carbono vítreo con el sistema Hidroquinona/Quinona y la derivatización posterior de dichas superficies mediante la adición de Michael como posible estrategia para la captura de materiales biológicos. La adición de Michael consiste en el ataque nucleófilo con el ferroceno de alquilamina. El procedimiento propuesto difiere de la presente invención en que el precursor para 1O funcionalizar la superficie, el ion de arenodiazonio, está sustituido con la funcionalidad catecol, el cual se injerta, vía electroquímica (mediante ciclos entre O y -1 V vs SCE) en acetonitrilo, dando lugar a la formación de una monocapa orgánica enlazada ... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Superficie catalítica que comprende un receptor biológico sobre una plataforma base funcionalizada, donde dicha plataforma base funcionalizada comprende:
al menos una función arilamina procedente de un ion arenodiazonio, unida a una plataforma base, y al menos un agente de enlace químico entrecruzante unido a dicha arilamina, donde se fija dicho receptor biológico.
2. Superficie catalítica según la reivindicación 1, donde dicho receptor biológico
1 O presenta un grupo a mino unido covalentemente a dicho agente de enlace químico entrecruzante.
3. Superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en que dicho receptor biológico es la dopamina.
4. Superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en que dicho 15 agente de enlace químico entrecruzante es glutaraldehído.
5. Superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en que dicho ion arenodiazonio procede de la sal 4-Nitrobencenodiazonio tetrafluorborato.
6. Superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en que dicho ion arenodiazonio está generado in situ por diazotación de la 4-Nitroanilina
7. Procedimiento de obtención de la superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas: i) activación de la superficie de un electrodo serigrafiado a escala nanométrica, ii) funcionalización de la superficie activada de dicho electrodo serigrafiado en 25 presencia de monómeros funcionales de arilamina y de al menos un agente químico entrecruzante para obtener una plataforma base funcionalizada, y
iii) fijado de al menos un receptor biológico sobre dicha plataforma base funcionalizada.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en que dicha activación comprende el
barrido hacia potenciales catódicos en medio ácido de la superficie de dicho electrodo serigrafiado.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, en que d.icha funcionalización comprende el anclado de iones de arenodiazonio como precursores sobre la superficie de dicho electrodo sefigrafiado activado para
obtener una monocapa con grupos funcionales activos, seguido de la inmovilización sobre dicha monocapa de al menos un agente de enlace químico entrecruzante.
1O. Uso de la superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la detección clínica de metabolitos y cofactores.
11. Uso de la superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la detección de compuestos en la industria alimentaria.
12. Uso de la superficie catalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la detección de contaminantes en el medioambiente.
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