ES2330715B2 - Metodo electroquimico para la obtencion de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados de carbono, su aplicacion y sus usos. - Google Patents
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Abstract
Método electroquímico para la obtención de
superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados
de carbono, su aplicación y sus usos, que comprende una
electrodeposición de oro a partir de una disolución de oro en medio
ácido. La electrodeposición se lleva a cabo fijando una intensidad
de corriente constante negativa durante un tiempo no mayor de 20
minutos. A continuación se aplica un potencial constante positivo
frente a un electrodo de seudoreferencia. De esta forma se obtienen
superficies de carbono recubiertas de nanopartículas de oro con un
diámetro inferior a 500 nanómetros. Los electrodos serigrafiados
nanoestructurados obtenidos siguiendo este procedimiento se
utilizan como transductores en la construcción de dispositivos
analíticos, sensores o biosensores para la determinación de varios
compuestos.
Description
Método electroquímico para la obtención de
superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados
de carbono, su aplicación y sus usos.
Es objeto de la presente invención una
metodología que permite modificar la superficie de electrodos
serigrafiados de carbono y obtener sobre ella superficies
nanoestructuradas de oro. También es objeto de la presente invención
unos transductores electroquímicos obtenidos según el método
anterior y el uso de estos transductores en dispositivos analíticos
o biosensores para determinar, entre otros, plomo en agua, en
sangre, o fosfatasa alcalina biotinilada. Esta invención se engloba
en el campo de la nanotecnología y resulta de aplicación
principalmente en los sectores medioambiental, agroalimentario y de
análisis clínicos.
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Hoy en día, existen numerosos tipos de
transductores para la construcción de sensores electroquímicos, de
los que cabe destacar la importancia que están cobrando los
electrodos serigrafiados (SPEs) debido a sus características
particulares. Entre ellos, aquellos SPEs fabricados con pastas de
carbono (SPCEs) se presentan como una buena alternativa a los
electrodos de pasta de carbono convencionales, y a los electrodos
de carbono vitrificado.
Cualidades como sencillez y bajo coste de
producción, flexibilidad de diseño, reducidas dimensiones y
posibilidad de incorporación a sistemas portátiles, así como sus
buenas características electroanalíticas (especialmente su
reproducibilidad) han hecho que los SPCEs se hayan ido incorporando
progresivamente a análisis rutinarios medioambientales y clínicos
(H. Ju et al., Analytical Letters, 2004, 37, 789).
Dentro del análisis clínico los SPCEs presentan algunas ventajas
adicionales como su adaptación al manejo de pequeños volúmenes de
muestra y la posibilidad de desarrollar sensores desechables por su
bajo coste.
Sin embargo, el material con el que se elaboran
los SPCEs presenta ciertas limitaciones para la construcción de
sensores. El carbono es un material electródico con cualidades
excepcionales, pero relativamente inerte y difícil de modificar
químicamente. Como consecuencia de esto, la capacidad de los SPCEs
para retener material proteico es muy baja o nula. Para potenciar
esta retención es necesaria una modificación de la superficie
electródica mediante pretratamientos drásticos, lo cual puede
suponer pérdidas en las propiedades analíticas del sensor,
especialmente en la sencillez y reproducibilidad (A. Costa García
et al., Talanta, 2005, 65, 565).
Por otra parte, el oro es otro material usado
frecuentemente en la construcción de sensores electroquímicos. Como
electrodo, el oro tiene peores cualidades electroquímicas que el
carbono y no carece totalmente de reactividad química.
Si a esto se le suma la posibilidad que presenta
el oro para generar nanoestructuras, teniendo en cuenta las
ventajas electroquímicas que presenta el uso de estas
nanoestructuras, es fácil comprender que el oro es un buen material
para modificar los SPCEs, obteniéndose de este modo soportes
nanoestructurados para la construcción de sensores
electroquímicos.
El empleo de nanoestructuras de oro mantiene las
mismas propiedades químicas de reactividad que las superficies
continuas de oro, pero al mismo tiempo ofrecen una mayor
biocompatibilidad. Esto se debe a que al reducir las dimensiones
del oro también se minimizan las interacciones con el material
proteico, permitiendo una quimisorción con menor influencia en la
estructura del material proteico (H. Ju et al.,
Analytical Letters, 2003, 36, 1; P.
Yañez-Sedeño, J.M. Pingarrón, Analytical
Letters, 2003, 36, 1; Y. Bai et al., Biosensors &
Bioelectronics, 2004, 19, 575; A.L. Crumbliss et al.,
Biosensors & Bioelectronics, 1996, 11, 493).
Por tanto, resulta interesante disponer
simultáneamente de las cualidades electródicas de los SPCEs y las
propiedades químicas del oro (especialmente cuando es
nanoestructurado).
El uso de nanoestructuras puede mejorar
importantes características y parámetros cualitativos con respecto
a los modelos clásicos; por ejemplo, la sensibilidad puede aumentar
debido a unas mejores propiedades de conducción, los límites de
detección pueden ser menores, pueden emplearse menores cantidades de
muestra para el análisis, la detección directa es posible, y puede
suprimirse el uso de algunos reactivos.
Los materiales nanoestructurados son sólidos con
una estructura nanométrica. Sus unidades básicas son generalmente
nanopartículas. Muchas propiedades de las nanopartículas son útiles
para aplicaciones en sensores electroquímicos y biosensores, pero
su comportamiento catalítico es una de las propiedades más
importantes.
La alta proporción de átomos superficiales con
valencias libres ha dado lugar a la actividad catalítica del
material nanoestructurado usándose en reacciones
electroquímicas.
Las propiedades catalíticas de las
nanopartículas pueden disminuir los sobrepotenciales de las
reacciones electroquímicas o incluso dar lugar a la reversibilidad
de algunos procesos redox, que son irreversibles con los electrodos
metálicos (E. Kartz, I. Willner, J. Wang, Electroanalysis,
2004, 16, 19).
La nanoestructuración de electrodos tiene la
importante ventaja de que presenta actividad catalítica frente a
ciertas reacciones electroquímicas. De este modo, se pueden añadir
las nanopartículas de oro a la lista de los diversos catalizadores
electroquímicos.
La actividad catalítica de estos electrodos
nanoestructurados depende en gran medida del tamaño de partícula
empleado en cada caso (M. Haruta, Catalysis Today, 1997, 36,
153), así como de su distribución sobre la superficie del
electrodo.
Las multicapas de nanopartículas conductoras
ensambladas en la superficie de los electrodos producen una
superficie altamente porosa con un microentorno controlado. Estas
estructuras podrían tratarse como "ensambles" de nanoelectrodos
con áreas controladas. La elevada área superficial de las
nanopartículas es adecuada para inmovilizar moléculas, polímeros o
material biológico, que permite la generación de compósitos con
propiedades superficiales variables (por ejemplo, la modificación
de nanopartículas con unidades receptoras prediseñadas, y su
ensamblaje en superficies electródicas, puede dar lugar a nuevos
sensores electroquímicos con especificidades a medida).
En resumen, las propiedades exclusivas de las
nanoparticulas mejoran la actuación de los métodos electroquímicos
estándar. Se obtienen altos flujos de corrientes y sensibilidades
gracias a las capacidades conductivas combinadas con mayores áreas
superficiales.
Aunque existen varias formas para modificar
superficies electródicas con oro de dimensiones nanométricas, las
estrategias que parecen más adecuadas para los SPCEs son:
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
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Aunque los SPCEs con nanoestructuras
superficiales de oro presentan potencialmente unas buenas
cualidades, su empleo ha sido escaso debido a que en la mayoría de
los casos la formación de las nanoestructuras de oro no es demasiado
reproducible. Las aplicaciones más relevantes han sido para la
detección de metales pesados como antimonio, arsénico o plomo (O.
Domínguez Renedo, M J. Arcos Martínez, Analytica Chimica
Acta, 2007, 589, 255; Y-S.
Yue-Shian, M. Govindan, Ch.
Yi-Zhen, L. Chu-Chieh, Z.
Jyh-Myng, Electroanalysis, 2006, 18, 1763,
patente WO9610741) o bien para la detección de sulfuros (S.
Yue-Shain, M. Govindan, Z. Jyh-Myng,
Electrochemistry Communications, 2006, 8, 1369) o de
hidrógeno (C. Miyuki, I. Koutarou, K. Kagan, N. Naoki, I.
Mitsuyoshi, T. Yuzuru, T. Eiichi, Electrochemistry
Communications, 2006, 8, 1375) en análisis medioambiental.
En cuanto a sensores enzimáticos sobre SPCEs
nanoestructurados con oro existen algunos ejemplos de sensores de
agua oxigenada (T. Tanin, P. Chatchai, K. Thippayawadee, K.
Panadda, V. Waret, Biosensors & Bioelectronics, 2007, 22,
2071) y glucosa (W. Baoyan, Y. Yu, S. Zhao, Z. Zixia, J. Anzai, T.
Osa, Ch. Qiang, Gaojishu Tongxun, 2005, 15, 50). En cuanto a
inmunosensores electroquímicos, por el momento su empleo es
prácticamente nulo existiendo solamente dos aplicaciones según
nuestro conocimiento (M. Campás, I. Katakis, Analytical
Chemistry, 2004, 84, 799; J. Zeravik, P. Skládal,
Electroanalysis, 1999, 11, 851).
Como se ha visto, la utilización de superficies
nanoestructuradas de oro como transductores de sensores y
biosensores es un área de aplicación de creciente interés.
Es objeto de la presente invención una
metodología para la obtención de superficies nanoestructuradas de
oro sobre electrodos serigrafiados de carbono. También es objeto de
esta invención unos transductores electroquímicos obtenidos a
partir de la metodología anterior, y el uso de dichos transductores
en un dispositivo analítico o sensor para determinar, entre otros,
plomo en agua, en sangre, o fosfatasa alcalina biotinilada.
La metodología electroquímica para la obtención
de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos
serigrafiados de carbono comprende una primera etapa de
electrodeposición de oro a una intensidad constante negativa
comprendida entre 0 y -500 \muA durante un tiempo no mayor de 20
minutos, a partir de una disolución de oro comprendida entre 0.01
mM y 10 mM en medio ácido.
La siguiente etapa se trata de la aplicación de
un potencial constate positivo frente a un electrodo de referencia
durante un tiempo no mayor 20 minutos.
En otra realización preferida, el medio ácido
viene determinado por ácido clorhídrico.
En una realización específica las disoluciones
de oro utilizadas son de cualquier complejo o sal de oro (III) y
oro (I).
En otra realización específica las disoluciones
de oro (III) son de tetracloroaurato (III) de hidrógeno (HAuC14) en
ácido clorhídrico de concentración inferior a 1 M.
En una realización preferida el potencial
constante positivo está comprendido entre 0.0 V y +0.5 V.
Otro aspecto de la presente invención son los
transductores electroquímicos obtenidos según el método
electroquímico anterior, en los que el tamaño promedio de las
partículas de oro es inferior a 500 nanómetros.
La densidad de estas nanopartículas no es
uniforme sino que depende de la superficie del carbono. La
superficie del electrodo de carbono no es lisa sino que tiene
cierta rugosidad. La densidad de las nanopartículas de oro generadas
con esta metodología es mayor en los bordes de las rugosidades que
en las partes planas del electrodo. Aún así, la reproducibilidad
obtenida cuando esta superficie nanoestructurada se utiliza como
transductor no se ve afectada por la heterogeneidad que presentan
estas superficies nanoestructuradas.
Además otro aspecto de la presente invención es
el uso de dichos transductores en un dispositivo analítico o
sensor, para la determinación de plomo en agua, plomo en sangre, o
fosfatasa alcalina biotinilada, entre otros.
Una de las ventajas que aporta esta metodología
es que da lugar a superficies nanoestructuradas de oro de una forma
sencilla y reproducible, sin necesidad de utilizar otros compuestos
en su fabricación y que se pueden utilizar como transductores.
Otra ventaja del método es que permite construir
transductores que mejoran la sensibilidad de los sensores y
biosensores con respecto a otros dispositivos analíticos que
utilizan otros transductores, tanto nanoestructurados como no
nanoestructurados.
Esta metodología para la nanoestructuración de
superficies serigrafiadas de carbono permite que la modificación
con estreptavidina sea más sencilla y rápida que cuando se utilizan
electrodos sin nanoestructurar (patente ES2253090), además de
aportar mayor sensibilidad analítica (alrededor de 3.5 veces mayor).
Una prueba más de que la sensibilidad obtenida es mayor, es que si
se comparan los resultados obtenidos con electrodos serigrafiado
comerciales modificados con neutravidina, en los cuales la
neutravidina unida a oro coloidal es adsorbida al electrodo
llevándola a sequedad (R. W. Henkens, J.P. O'Daly, M.
Wojciechowski, H. Zhang, N. Naser, R. M. Roe, T. N. Stewart, D. M.
Thompson, R. Sundseth, S. E. Wegner, patente US00 6391558B1, 2002),
las señales analíticas obtenidas son mayores (alrededor de 5 veces
más) que las obtenidas con electrodos comerciales modificados
con
neutravidina.
neutravidina.
Esta invención se engloba en el campo de la
nanotecnología y resulta de aplicación principalmente en los
sectores medioambiental, agroalimentario y de análisis
clínicos.
La Fig. 1 representa el voltamperograma obtenido
para una concentración de 50 ppb de plomo en agua por
voltamperometría de onda cuadrada utilizando los electrodos
nanoestructurados de oro (A) y el voltamperograma obtenido para el
fondo (concentración de plomo nula en agua) por voltamperometría de
onda cuadrada utilizando los electrodos nanoestructurados de oro
(B).
La Fig. 2 representa los voltamperogramas
cíclicos obtenidos para 500 ppb de plomo en HCl 0.1 M realizados
con electrodos serigrafiados de carbono (A), los realizados con
electrodos nanoestructurados de oro según la presente invención (B)
y los realizados con electrodos serigrafiados de oro (C), previa
acumulación del plomo a -0.8 V durante 90 segundos.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, se expone el siguiente ejemplo de realización
preferente, descrito en detalle, que debe entenderse sin carácter
limitativo del alcance de la invención.
Este ejemplo ilustra la metodología usada para
la nanoestructuración de la superficie del electrodo serigrafiado
de carbono con partículas de oro:
Se coloca sobre la superficie del electrodo
serigrafiado de carbono una gota de 50 \muL de una disolución de
tetracloroaurato (III) de hidrógeno 0.1 mM en HCl 0.1 M. Se aplica
una intensidad de corriente constante de -100 \muA durante 4
minutos. A continuación se aplica un potencial de +0.1 V durante 2
minutos. A continuación se lava el electrodo con abundante
agua.
Los electrodos serigrafiados de carbono vistos a
través del microscopio electrónico están formados por una
superficie no lisa de carbono, concretamente por una serie de
escamas superpuestas. Electrodepositando oro a intensidad constante,
concretamente siguiendo la metodología expuesta en este ejemplo
(-100 \muA durante 4 minutos), a partir de una disolución de oro
iónico se generan nanopartículas de oro en la superficie de estas
escamas cuyo diámetro de partícula está comprendido entre 70 y 100
nm. Las nanopartículas de oro tienden a aglomerarse en los bordes de
las escamas donde hay mayor número de centros activos mientras que
en la parte central de las escamas la distribución es más
homogénea.
En los siguientes ejemplos, que también deben
entenderse sin carácter limitativo del alcance de la invención, se
muestra cómo la metodología descrita en la presente patente para la
obtención de superficies nanoestructuradas de oro da lugar a
transductores que mejoran la sensibilidad de sensores de plomo en
agua y en sangre y de biosensores.
El ejemplo que a continuación se expone ilustra
la utilización de los electrodos serigrafiados de carbono
modificados con nanopartículas de oro, siguiendo la metodología
expuesta en el ejemplo anterior, esto es, mediante la
electrodeposición de oro a una intensidad constante de -100
\muA durante 4 minutos como se ha descrito en el ejemplo
1, como sensor para la determinación de plomo en agua.
Sobre estas superficies nanoestructuradas de oro
se deposita una gota de 40 \muL de una disolución acuosa de
plomo en medio HCl 0.1 M y se lleva a cabo la acumulación del plomo
a -0.5 V durante 90 s seguido de un barrido de potenciales desde
-0.5 hasta 0.1 V, utilizando bien voltamperometría cíclica
(velocidad de barrido 0.5 V/s) o voltamperometría de onda cuadrada
a una frecuencia de 50 Hz, con amplitud de pulso de 25 mV, usando
un salto de potencial de 2 mV (velocidad de barrido 0.1 V/s).
Utilizando voltamperometría de onda cuadrada se
obtiene un proceso de oxidación de plomo como el mostrado en la
Fig. 1 (A), mientras que cuando no existe plomo en disolución se
obtienen voltamperogramas como el mostrado en la Fig. 1 (B). El
mecanismo es el siguiente:
El plomo presenta un proceso de reducción sobre
oro a potenciales menos negativos que los que necesita para
depositarse sobre una superficie de carbono.
El proceso de oxidación del plomo sobre el oro
ocurre a un potencial considerablemente más bajo (-0.2 V) que el
potencial al que se oxida sobre el carbono (-0.5 V). Esto se
muestra en los voltamperogramas cíclicos de la Fig. 2, obtenidos con
electrodos serigrafiados de carbono (Fig. 2 (A)), electrodos
nanoestructurados de oro como se describe en el ejemplo 1 (Fig. 2
(B)), y con electrodos serigrafiados de oro (Fig. 2 (C)). Como se
puede apreciar en la figura, el electrodo nanoestructurado presenta
los dos procesos de redisolución para el plomo; tanto el proceso a
-0.5 V, como el proceso a -0.2 V; esto nos indica que el plomo se
retiene tanto sobre el carbono como sobre el oro respectivamente,
por eso solamente se podrán aplicar potenciales a los cuales no sea
posible observar el proceso de redisolución del plomo sobre el
carbono, de este modo nos aseguramos que toda la señal que se
obtenga se corresponda con el proceso de redisolución del plomo
sobre el oro.
Se comparan los resultados obtenidos para la
redisolución anódica de plomo utilizando estas superficies
nanoestructuradas de oro con los obtenidos cuando se utiliza una
superficie de oro continua (electrodo serigrafiado de oro) y los
obtenidos con electrodos serigrafiados de carbono modificados con
oro coloidal tal y como se describe en la patente WO9610741, donde
los electrodos serigrafiados de carbono son modificados con oro
coloidal de 10 nm depositando una gota de 3.3 x 10^{10} partículas
de oro/mL y llevándola a sequedad. En la tabla 1 se recogen los
resultados obtenidos para la determinación de plomo en agua con
cada una de las superficies electródicas.
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Como se desprende de los datos recogidos en la
tabla 1, las dos superficies nanoestructuradas de oro ofrecen unos
mejores límites de detección que la superficie continua de oro
(electrodo serigrafiado de oro) y una mejor reproducibilidad.
Comparando ambas superficies nanoestructuradas de oro, los
electrodos serigrafiados de carbono modificados con nanopartículas
de oro siguiendo la metodología expuesta en la presente invención
da lugar a unos intervalos dinámicos lineales más amplios y con una
sensibilidad mayor (aproximadamente el doble) para la determinación
de plomo en agua que la obtenida con electrodos serigrafiados de
carbono modificados con partículas de oro de 10 nm (Patente
WO9610741). De hecho, el límite de detección alcanzado con estas
últimas superficies nanoestructuradas es del orden de 10 veces
superior al obtenido con la superficie nanoestructurada
electroquímicamente (según ejemplo 1). En cuanto a la
reproducibilidad, ésta mejora ostensiblemente cuando la
nanoestructuración de la superficie de carbono se realiza según la
metodología expuesta en el ejemplo 1.
Las superficies nanoestructuradas de oro
obtenidas según la metodología expuesta en la presente invención
son estables durante al menos 6 meses sin pérdida de sensibilidad y
reproducibilidad.
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El ejemplo que a continuación se expone ilustra
la utilización de los electrodos serigrafiados de carbono
modificados con nanopartículas de oro, siguiendo la metodología
expuesta en los ejemplos anteriores, esto es, mediante la
electrodeposición de oro a una intensidad constante de -100 \muA
durante 4 minutos como se ha descrito en el
ejemplo 1.
ejemplo 1.
Se coloca una gota de 40 \muL de sangre
pretratada sobre la superficie nanoestructurada de oro y se lleva a
cabo la determinación del plomo usando la metodología expuesta en
el ejemplo 2, esto es, acumulando el plomo a -0.5 V durante 180
segundos y a continuación llevando a cabo una barrido de potenciales
desde -0.5 V a +0.1 V utilizando voltamperometría de onda
cuadrada.
La determinación de plomo en sangre se lleva a
cabo utilizando dos métodos diferentes: el método de adiciones
estándar o bien se utiliza un patrón interno que puede ser una sal
de hierro (III). En este ejemplo se utiliza como patrón interno
ferricianuro potásico en una concentración de 0.15 mM.
El pretratamiento de la sangre consiste en
mezclar un volumen de sangre con dos volúmenes de HCl 0.6 M. Una
vez hecha la mezcla se deja reposar 10 minutos a temperatura
ambiente con el fin de que se produzca la descomplejación del plomo
presente en sangre. Si la determinación de plomo se lleva a cabo
utilizando el patrón interno, se le añade a la mezcla una
concentración fija de ferricianuro potásico.
Se lleva a cabo la determinación de plomo en dos
tipos de muestras de sangre diferentes y en un material de
referencia. Este último se trata de sangre cuyo contenido en plomo
es conocido. La primera muestra de sangre es recién extraída
mediante una punción en la yema del dedo del individuo y la segunda
muestra es sangre almacenada que lleva heparina como
anticoagulante. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla
2.
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De los resultados expuestos en la tabla 2 se
puede extraer que utilizando las superficies electródicas
nanoestructuradas de oro según se describe en la presente patente
la determinación de plomo en sangre se puede llevar a cabo tanto en
sangre recién extraída como en sangre almacenada y estabilizada
con un anticoagulante. Los calibrados obtenidos y la sensibilidad
son parecidos en ambos tipos de muestra y similares a los obtenidos
con el material de referencia. Por otro lado, el uso de patrón
interno facilita el análisis de plomo en sangre sin necesidad de
llevar a cabo el método de las adiciones estándar que es más lento
y tedioso.
Los buenos resultados de reproducibilidad se
traducen en que la pendiente de la recta de calibrado
(sensibilidad) se mantiene cuando diferentes muestras de sangre son
analizadas y cuando se repite a lo largo del tiempo el análisis.
Este hecho facilitaría la calibración del aparato de medida.
En cuanto a datos de exactitud utilizando el
material de referencia se obtienen los resultados mostrados en la
tabla 3 para dos concentraciones diferentes de plomo.
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El ejemplo que a continuación se expone ilustra
la utilización de los electrodos serigrafiados de carbono
modificados con nanopartículas de oro, siguiendo la metodología
expuesta en el ejemplo 1, esto es, mediante la electrodeposición de
oro a una intensidad constante de -100 \muA durante 4 minutos,
para su utilización como un biosensor para la detección de
fosfatasa alcalina biotinilada (B-AP).
La metodología consta de las siguientes
etapas:
- 1.
- Modificación de la superficie del electrodo serigrafiado de carbono con nanopartículas de oro generadas electroquímicamente según la metodología expuesta en el ejemplo 1 de la presente invención.
- 2.
- Adsorción de estreptavidina: una gota de 10 \mul de una disolución de estreptavidina de 1 x 10^{-5} M (en disolución reguladora de Tris 0.1 M de pH 7.2) es depositada sobre el electrodo y se deja sobre él durante 15 minutos a temperatura ambiente. Transcurrido este tiempo el electrodo es lavado con una disolución reguladora de Tris 0.1 M de pH 7.2 y a continuación los sitios libres se bloquean con una disolución de albúmina de suero bovino (BSA) del 1.0% depositando sobre el mismo una gota de 40 \mul de esta disolución durante 15 minutos. Por último, la superficie del electrodo es de nuevo lavada con la disolución reguladora de Tris 0.1 M de pH 7.2.
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La respuesta de estos electrodos así modificados
ha sido estudiada utilizando la reacción estreptavidina:biotina.
Para ello se siguieron los siguientes pasos:
- 1.
- Reacción con fosfatasa alcalina biotinilada (B-AP): alícuotas de 40 \mul de B-AP de diferentes concentraciones son depositadas sobre la superficie del electrodo. Transcurrido un tiempo de una hora el electrodo es lavado con una disolución reguladora de Tris 0.1 M de pH 7.2.
- 2.
- Reacción enzimática: una gota de 30 \mul de una disolución mezcla de 5.6 mM de 3-indoxil fosfato y 0.4 mM de nitatro de plata en una disolución reguladora de Tris-HNO_{3} 0.1 M de pH 9.8, conteniendo 20 mM de Mg(NO_{3})_{2} es colocada sobre el electrodo durante un tiempo de 20 minutos. Transcurrido dicho tiempo se lleva a cabo el registro de la señal analítica.
- 3.
- Registro de la señal analítica: el electrodo nanoestructurado de oro se somete a un potencial de -0.20 V durante 5 segundos, a partir de los cuales se inicia un barrido anódico de potenciales desde dicho potencial hasta +0.50 V con una velocidad de barrido de 50 mV/s. De esta forma se registra el proceso de redisolución de la plata generada enzimáticamente.
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La metodología utilizada para modificar la
superficie de los electrodos nanoestructurados de oro con
estreptavidina es muy sencilla y 15 minutos de adsorción de
estreptavidina es suficiente para obtener la máxima señal analítica,
si comparamos con la modificación de los electrodos serigrafiados
de carbono sin nanoestructurar (patente ES2253090) en la que se
necesitan 12 horas a 4ºC para obtener una fase sensora estable y
reproducible que ofrezca la máxima sensibilidad.
La metodología electroquímica descrita en la
presente invención para la nanoestructuración con partículas de oro
de la superficie de electrodos serigrafiados de carbono permite
mejorar las condiciones de adsorción de la superficie de estos
electrodos obteniéndose mayores señales analíticas y en consecuencia
mayor sensibilidad analítica. Una prueba más de que la sensibilidad
obtenida es mayor es que si se comparan los resultados obtenidos
con electrodos serigrafiados comerciales modificados con
neutravidina, en los cuales la neutravidina unida a oro coloidal es
adsorbida al electrodo llevándola a sequedad (R. W. Henkens, J.P.
O'Daly, M. Wojciechowski, H. Zhang, N. Naser, R. M. Roe, T. N.
Stewart, D. M. Thompson, R. Sundseth, S. E. Wegner, patente US00
6391558B1, 2002), las señales analíticas obtenidas para la misma
concentración de B-AP son mayores (alrededor de 5
veces más) que las obtenidas con electrodos comerciales modificados
con neutravidina.
Además, la adsorción de estreptavidina sobre
estas superficies nanoestructuradas de oro permite obtener una
reproducibilidad interelectródica de alrededor del 5% para una
concentración de 10^{-12} M de B-AP (en términos
de AP).
Utilizando la metodología expuesta en este
ejemplo se obtienen respuestas lineales de la señal analítica con
la concentración de B-AP para concentraciones
comprendidas entre 1.0 x 10^{-13} y 9.0 x 10^{-11}. La
sensibilidad del biosensor es 3.5 veces mayor que la obtenida con
electrodos serigrafiados de carbono sin nanoestructurar.
Resultados similares son obtenidos cuando en
lugar de adsorber estreptavidina se modifica la superficie del
electrodo con neutravidina.
Esta metodología de nanoestructuración que
permite obtener electrodos serigrafiados de carbono modificados con
estreptavidina/neutravidina estables al menos durante seis meses
sin pérdida de sensibilidad ni reproducibilidad.
La metodología expuesta en este ejemplo para la
modificación de los electrodos nanoestructurados de oro con
estreptavidina/neutravidina puede servir como plataforma para
construir inmunosensores y genosensores muy sensibles y
estables.
Claims (7)
1. Método electroquímico para la obtención de
superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados
de carbono caracterizado porque comprende
- a)
- electrodeposición de oro a una intensidad constante negativa comprendida entre 0 y -500 \muA durante un tiempo no mayor de 20 minutos, a partir de una disolución de oro comprendida entre 0.01 mM y 10 mM en medio ácido,
- b)
- aplicación de un potencial constate positivo frente a un electrodo de referencia durante un tiempo no mayor de 20 minutos.
2. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque el medio ácido viene determinado por
ácido clorhídrico.
3. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque las disoluciones de oro utilizadas son
de cualquier complejo o sal de oro (III) y oro (I).
4. Método según la reivindicación 2 y 3
caracterizado porque las disoluciones de oro (III) son de
tetracloroaurato (III) de hidrógeno (HAuC14) en ácido clorhídrico de
concentración inferior a 1 M.
5. Método según la reivindicación 1
caracterizado porque el potencial constante positivo está
comprendido entre 0.0 V y + 0.5 V.
6. Transductores electroquímicos obtenidos
según el método de la reivindicación 1 caracterizados porque
el tamaño promedio de las partículas es inferior a 500
nanómetros.
7. Uso del transductor de la reivindicación 6
en un dispositivo analítico o sensor, para la determinación de
plomo en agua, plomo en sangre, o fosfatasa alcalina biotinilada,
entre otros.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200801946A ES2330715B2 (es) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Metodo electroquimico para la obtencion de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados de carbono, su aplicacion y sus usos. |
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| ES200801946A ES2330715B2 (es) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Metodo electroquimico para la obtencion de superficies nanoestructuradas de oro sobre electrodos serigrafiados de carbono, su aplicacion y sus usos. |
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|---|---|
| ES2330715A1 ES2330715A1 (es) | 2009-12-14 |
| ES2330715B2 true ES2330715B2 (es) | 2010-06-16 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2330715B2 (es) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2370733B2 (es) * | 2010-06-02 | 2012-07-25 | Universidad De Burgos | Dispositivo electródico para la detección de cromo, procedimiento de fabricación y uso de dicho dispositivo. |
-
2008
- 2008-06-23 ES ES200801946A patent/ES2330715B2/es active Active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CHIKAE et al. "{}Direct fabrication of catalytic metal nanoparticles onto the surface of a screen-printed carbon electrode"{} ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATION, 01.08.2006 vol. 8, n$^{o}$ 8, pg 1375-1380. ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, doi:10.1016/j.elecom.2006.06.019. * |
| DOMÍNGUEZ-RENEDO et al. "{}Anodic stripping voltammetry of antimony using gold nanoparticle-modified carbon screen-printed electrodes"{} ANALYTICA CHIMICA ACTA, 25.04.2007. Vol. 589, N$^{o}$. 2, pg: 255-260. ELSEVIER, AMSTERDAM, NL. doi:10.1016/j.aca.2007.02.069. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2330715A1 (es) | 2009-12-14 |
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
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