From nanoparticles to graphene: architecting novel (bio)sensing platforms and devices

Abstract

La tesis presentada y titulada “De las nanopartículas al grafeno: arquitectando novedosas plataformas y dispositivos para biosensores” presenta el desarrollo de varios biosensores basados en el uso de nanoparticulas y grafeno. Se presentan dos trabajos que han dado lugar a la publicación de dos artículos científicos en la revista SMALL y Biosensors and Bioelectronics. El primer trabajo está enfocado a la detección de DNA de Leishmania usando nanoparticulas de oro como señal electroquímico y partículas magnéticas como método de separación del medio de la muestra a analizar. Además en este trabajo se demuestra el desarrollo de una técnica de amplificación de DNA en la presencia de nanoparticulas, un logro de gran importancia para biosensores ya que se puede extender a varias otras aplicaciones de interés para el diagnóstico. El sensor desarrollado puede ser usado para pruebas rutinarias para la detección rápida de Leishmania de interés para la clínica veterinaria. El segundo trabajo trata sobre la caracterización óptica y electroquímica del grafeno oxidado y su aplicación para la detección de catecol. En este trabajo, el mejoramiento de un electrodo ya existente y ampliamente utilizado es evidente, mejorando tanto a nivel de absorción de enzima utilizada como receptor como en la sensibilidad del dispositivo obtenido. En el tercer trabajo (publicado en la revista ACS Nano), el desarrollo de una nueva metodología de impresión de grafeno oxidado trae importantes avances científicos y tecnológicos en el campo de los dispositivos a base de grafeno. Esta técnica es de bajo coste y fácil de utilizar permitiendo incluso su uso fuera del laboratorio. Este trabajo se ha concluido con la impresión del grafeno oxidado en substratos como plásticos, papel o textiles teniendo una gran importancia en futuras aplicaciones de biosensores portátiles además de los del tipo “wearable” (impresos/integrados en el cuerpo humano o textiles) una tecnología emergente para el campo de los (bio)sensores. Como prueba de concepto, se ha desarrollado un sensor de tipo “pantalla de contacto” / (touch-screen) que permite encender y apagar una pequeña lámpara (LED). Además de estos trabajos experimentales la tesis incluye una revisión bibliográfica sobre el estado del arte de los diferentes materiales de grafeno y su producción, así como de una variedad de aplicaciones que puede tener este material.

The thesis presented and entitled "From nanoparticles to graphene: architecting novel (bio)sensing platforms and devices" presents the development of several biosensors based on the use of nanoparticles and graphene. Two works that have led to the publication of two scientific articles in the journal Biosensors and Bioelectronics SMALL and presented. The first work is focused on the detection of Leishmania DNA using gold nanoparticles as an electrochemical signal and magnetic nanoparticles as the separation method through the test sample. Also in this work the development of a DNA amplification technique in the presence of nanoparticles, an achievement of great importance for biosensors as it can be extended to several other applications of interest for the diagnosis demonstrated. The developed sensor can be used for routine for rapid detection of Leishmania of interest for veterinary clinical trials. The second paper deals with the optical and electrochemical characterization of oxidized graphene and its application for the detection of catechol. In this paper, the improvement of an existing and widely used electrode is evident both at improving absorption of enzyme used as receiver and device sensitivity obtained. In the third study (published in the journal ACS Nano), the development of a new methodology printing oxidized graphene brings important advances in science and technology in the field of devices based on graphene. This technique is inexpensive and easy to use even allowing its use outside the laboratory. This work was completed with the printing of oxidized graphene on substrates such as plastics, paper or textiles having a great importance in future applications of portable biosensors addition to the "wearable" (printed / integrated into the human body or textiles) type technology for the emerging field of (bio) sensors. As proof of concept, it has developed a sensor type "touch screen" that allows on and off a small lamp (LED). In addition to these experimental work the thesis includes a literature review on the state of art of different graphene materials and production, as well as a variety of applications that can have this material.