Aplicación de biosensores amperométricos de polisulfona/nanotubos de carbono en el análisis de muestras reales

Abstract

La investigación llevada a cabo en la presente tesis doctoral describe el desarrollo de biosensores basados en membranas de polisulfona y nanotubos de carbono (PS/CNT). Este tipo de membranas ha permitido la incorporación de diferentes biomoléculas como hormonas, anticuerpos y enzimas, de manera rápida y fácil gracias a la técnica de inversión de fase. Además, el uso de nanotubos de carbono confiere al material excelentes propiedades eléctricas, permitiendo su uso como transductor. Inicialmente realizó un estudio de caracterización de la membrana mediante técnicas de microscopía como la microscopía láser confocal (CSLM), o la electrónica de barrido (SEM) para determinar su estructura, porosidad y rugosidad. La CSLM permitió además visualizar la distribución de las biomoléculas dentro de la membrana compósita. De esta manera, la deposición de membranas PS/CNT sobre electrodos serigrafíados dio lugar a la construcción de inmunosensores para la detección de la hormona hCG mediante un inmunoensayo competitivo. El principal objetivo del trabajo ha sido el desarrollo y optimización de biosensors para su posterior aplicación en el análisis de muestras reales. Con esta finalidad también se han desarrollado sensores enzimáticos empleando este tipo de membranas. Así, por ejemplo, se han estudiado diferentes estrategias para la construcción de sensores de L-lactato, y finalmente se han aplicado satisfactoriamente en el análisis de vino y cerveza. De la misma manera, se han desarrollado biosensores, también enzimáticos, para la determinación de histamina en muestras de pescado. Finalmente, se describe el trabajo realizado en la Universidad Tor Vergata de Roma. Éste consistió en la construcción de biosensores de glucosa con el objetivo de obtener respuestas de ultrasensibilidad gracias al efecto “branch point”, un proceso de competición entre dos o más enzimas para reaccionar con el sustrato. De esta manera, empleando este tipo de respuesta en el desarrollo de puertas lógicas se consigue dar una respuesta binaria en función de la concentración del analito.

The research reported in this dissertation deals with the development of biosensors based on polysulfone and carbon nanotubes (PS/CNT) membranes. This type of membrane has allowed the easy and rapid immobilization of hormones, antibodies and enzymes onto electrode surface by phase inversion technique. Moreover, the use of CNT provides a composite material with excellent electrical properties, and consequently, the possibility of acting as transducer. Initially, the membrane was first characterized using microscopic techniques such as confocal scanning microscopy (CSLM) and scanning electron microscopy (SEM) to determine its structure, porosity and roughness. In addition, CSLM also permitted to visualize the biomolecules distribution into the composite membrane. In this manner, the deposition of CNT/PS membranes onto screen-printed electrodes allowed the construction of immunosensors for the detection of hCG hormone based on a competitive immunoassay. Afterwards, given the main aim of the present work has been the development and optimization of biosensors for their further application in real samples analysis, PS/CNT membranes have been also used for the construction of enzymatic biosensors. For this purpose, L lactate biosensors have been developed using different strategies and enzymes, and finally, successfully applied in wine and beer samples analysis. In the same manner, enzymatic biosensors for histamine determination have also been developed and its response has been checked towards fish samples. Lastly, also the research work carried out in Tor Vergata University (Rome) is described. This consists in the construction of glucose biosensors with the aim of obtaining ultrasensitive responses due to the “branch point effect”; a competition process between two or more enzymes for the same substrate. In this way, this type of response has been used to develop of enzymatic logic gates capable of giving a binary response depending of analyte concentration.