Amperometric enzyme-based detection of agriculturalpesticides on novel carbon nano-onion composites

Abstract

Actualment hi ha una gran preocupació sobre l'ús de pesticides en l'agricultura i els seus possibles efectes secundaris. Això fa que el desenvolupament de sistemes de detecció sensibles i robustos sigui un pas important en aquesta direcció. D'altra banda, les nano-cebes de carboni (CNOs) són materials molt atractius i prometedors amb estructures definides i propietats electroquímiques notables que amb prou feines s'han estudiat en biosensors. L'objectiu general d'aquesta tesi és estudiar la interacció de diferents plaguicides amb peroxidasa i tirosinasa amb l'objectiu de desenvolupar biosensors per a la seva detecció basats en elèctrodes modificats amb CNOs. Per aconseguir aquest objectiu general, s'ha estudiat: 1) la inhibició de les activitats de peroxidasa i tirosinasa per tres dels plaguicides més utilitzats (2,4-D, 2,4,5-T i glifosat), 2) l'ús d'CNOs oxidades com a suports per a la immobilització d'enzims i un estudi de l'activitat i estabilitat dels enzims immobilitzades, 3) el desenvolupament de biosensors electroquímics per a detecció dels plaguicides abans esmentats basats en els elèctrodes modificats amb composites contenint enzims i CNOs. Aquesta tesi és, per tant, una contribució a un camp de ràpid creixement relacionat amb el desenvolupament de noves classes de nanomaterials de carboni que té com a objectiu ampliar les seves aplicacions actuals en la construcció de sistemes de detecció nous amb millors prestacions.

Actualmente existe una gran preocupación sobre el uso de pesticidas en la agricultura y sus posibles efectos secundarios. Esto hace que el desarrollo de sistemas de detección sensibles y robustos sea un paso importante en esta dirección. Por otro lado, las nano-cebollas de carbono (CNOs) son materiales muy atractivos y prometedores con estructuras definidas y propiedades electroquímicas notables que apenas se han estudiado en biosensores. El objetivo general de esta tesis es estudiar la interacción de diferentes plaguicidas con peroxidasa y tirosinasa con el objetivo de desarrollar biosensores para su detección basados ​​en electrodos modificados con CNOs. Para lograr este objetivo general, se ha estudiado: 1) la inhibición de las actividades de peroxidasa y tirosinasa por tres de los plaguicidas más utilizados (2,4-D, 2,4,5-T y glifosato), 2) el uso de CNOs oxidadas como soportes para la inmovilización de enzimas y un estudio de la actividad y estabilidad de las enzimas inmovilizadas, 3) el desarrollo de biosensores electroquímicos para detección de los plaguicidas antes citados basados ​​en los electrodos modificados con composites conteniendo enzimas y CNOs. Esta tesis es, por lo tanto, una contribución a un campo de rápido crecimiento relacionado con el desarrollo de nuevas clases de nanomateriales de carbono que tiene como objetivo ampliar sus aplicaciones actuales en la construcción de sistemas de detección novedosos con mejores prestaciones.

There is currently a strong concern on the use of pesticides in agriculture and their possible side effects. This makes the development of sensitive and robust detection systems an important step in this direction. On the other hand, carbon nano-onions are very attractive and promising materials with defined structures and remarkable electrochemical properties that have been scarcely studied in biosensing. The overall objective of this thesis is to study the interaction of different pesticides with peroxidase and tyrosinase with the aim to develop biosensors for pesticide detection based on CNO-modified electrodes. To achieve this general objective, the following aspects have been focused on: 1) the inhibition of peroxidase and tyrosinase activities by three of the most used pesticides (2,4-D, 2,4,5-T and glyphosate), 2) the use of oxidized CNOs as supports for the immobilization of enzymes and a study of the activity and stability of the immobilized enzymes, 3) the development of electrochemical biosensors for pesticide detection based on the prepared CNO-enzyme modified electrodes. This thesis is thus a contribution to a rapidly growing field related with the development of new classes of carbon nano-onion based nanomaterials that aims at expanding their current applications in the construction of novel detection systems with improved performances.