ES2337265T3 - Polimeros redox, para la utilizacion en sensores electroquimicos. - Google Patents

Polimeros redox, para la utilizacion en sensores electroquimicos. Download PDF

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Abstract

Un polímero redox para su uso en un sensor electroquímico, comprendiendo dicho polímero redox: una cadena principal de polímero hidrófobo formada a partir de al menos un metacrilato de metilo, estireno, metacrilato de butilo y combinaciones de ellos; al menos una ramificación de polímero hidrófilo unida a la cadena principal del polimero hidrófobo estando formada la ramificación hidrófila de al menos uno entre N-vinilpirrolidona, metacrilato de hidroxietilo, N-isopropilacrilamida, metacrilato de glicerol, acrilamida y combinaciones de ellos; y una pluralidad de mediadores redox unidos a al menos una de las ramificaciones de polímero hidrófilo.

Description

Polímeros redox, para la utilización en sensores electroquímicos.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere, en general, a polímeros, y en particular, a polímeros para su uso en sensores electroquímicos.
Descripción de la técnica relacionada
El uso de sensores electroquímicos en los que se emplean un mediador redox y una enzima redox en conjunción con un electrodo(s) para determinar un analito en una muestra líquida ha cobrado un mayor interés en los últimos años. Se cree que dichos sensores electroquímicos son particularmente adecuados para el seguimiento continuo y semi-continuo de analitos (como por ejemplo la glucosa) en muestra de fluidos corporales (v.g., sangre o muestras de fluido intersticial). Por ejemplo, los sensores de glucosa electroquímicos en los que se emplea un mediador redox, una enzima redox y un electrodo de trabajo pueden determinar (es decir, medir) la concentración de glucosa empleando potenciales relativamente bajos (v.g., menos de 0,4 V frente a SCE), limitando de este modo las respuestas de interferencia que pueda haber en el electrodo de trabajo. Para una mayor descripción sobre los sensores electroquímicos, consultar por ejemplo las patentes EE.UU. Nº 5.089.112 y 6.284.478.
En los sensores electroquímicos, el mediador redox facilita la transferencia de electrones entre la(s) enzima(s) redox y un electrodo(s) del sensor electroquímico Para los sensores electroquímicos que requieren estabilidad a largo plazo, como por ejemplo los sensores de glucosa electroquímicos continuos o semi-continuos, es esencial que el mediador redox no se escape por lixiviación del contorno del electrodo. Por consiguiente, no es deseable emplear mediadores redox que se puedan perder fácilmente por lixiviación (por ejemplo ferricianuro, benzoquinona y derivados de quinona de bajo peso molecular, ferroceno y derivados de ferroceno de bajo peso molecular, complejos de rutenio y complejos de osmio fácilmente lixiviables) en sensores electroquímicos. Es más, si el mediador redox es una sustancia que es perjudicial para los seres humanos y otros sujetos la lixiviación del mediador redox hacia el cuerpo del ser humano u otro sujeto es indeseable y debería evitarse.
Para prevenir la lixiviación del mediador redox, se han propuesto composiciones químicas en las que están unidos químicamente los mediadores redox a enzimas redox para su uso en sensores electroquímicos. Las enzimas redox de dichas composiciones químicas pueden experimentar, sin embargo, una disminución negativa de la actividad enzimática.
Alternativamente, se han unido mediadores redox a cadenas de polímeros sintéticos insolubles en agua, tales como polisilozanos, con el fin de prevenir la lixiviación. Dichas composiciones químicas, no obstante, sufren de una baja flexibilidad y por consiguiente, de una reducida actividad de mediación, como consecuencia de su naturaleza hidrófoba. Por otra parte, se han unido mediadores redox a cadenas principales de polímero de siloxano empleando compuestos espaciadores de óxido de etileno hidrófilos. Sin embargo, como cada uno de los compuestos espaciadores de óxido de etileno hidrófilos une únicamente un mediador redox a la cadena principal de polímero de siloxano, la capacidad de mediación de la composición química queda limitada de forma desfavorable. Por otra parte, los mediadores redox unidos covalentemente directamente a las cadenas principales de polímero hidrófilas no son adecuadas para una unión eficiente y segura a los electrodos de un sensor electroquímico.
Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad en este campo de contar con una composición química que pueda prevenir la lixiviación de mediadores redox desde el contorno del electrodo de un sensor electroquímico al mismo tiempo que se mantiene la actividad del mediador redox. Por otra parte, la composición química deberá proporcionar una unión eficiente y segura a un electrodo de un sensor electroquímico. Asimismo, es necesario un sensor electroquímico en el que se emplee dicha composición química.
En US 3.728.728 se instruye sobre un polímero redox hidrófilo reticulado a base de monómeros de estireno o metacrilato que están compolimerizados con un mediador de pirazolantrona olefínicamente sustituido que tiene una capacidad redox regenerable y un agente de reticulación de diacrilato.
Compendio de la invención
Los polímeros redox para su uso en sensores electroquímicos con arreglo a los modos de realización de la presente invención previenen la lixiviación de mediadores redox desde el contorno de un electrodo de sensor electroquímico al mismo tiempo que se mantiene una actividad del mediador redox adecuada. Asimismo, los polímeros redox pueden unirse de forma eficaz y segura a un electrodo de un sensor electroquímico.
Los sensores electroquímicos según los modos de realización de la presente invención incluyen un electrodo revestido con un polímero redox que previene que se escape el mediador redox incluido en el polímero redox por lixiviación del contorno del electrodo al mismo tiempo que se mantiene una actividad de mediador redox adecuada.
Un polímero redox para su uso en un sensor electroquímico según un modo de realización de la presente invención incluye una cadena principal de polímero hidrófobo (v.g., una cadena principal de polímero de poli(metacrilato de metilo) hidrófobo) y al menos una ramificación de polímero hidrófilo (como por ejemplo una ramificación de polímero de oligo(N-vinil pirrolidinona) hidrófilo) unida a la cadena principal de polímero hidrófobo. El polímero redox incluye también diversos mediadores redox (v.g., diversos mediadores redox a base de ferroceno) unidos a cada una de las ramificaciones de polímero hidrófilas.
La cadena principal de polímero hidrófoba de los polímeros redox según la presente invención propicia la unión segura y eficaz de los polímeros redox con la superficie de un electrodo de sensor electroquímico. Dado que el polímero redox incluye varios mediadores redox, dichos mediadores redox pueden quedar inmovilizados en el contorno del electrodo. Dicha inmovilización puede proporcionar una estabilidad a largo plazo para el sensor electroquímico que emplea el electrodo. Por otra parte, dado que los mediadores redox se unen a un polímero con ramificaciones de polímero hidrófilas y una cadena principal hidrófoba, se facilita la transferencia de electrones desde una enzima (una entidad hidrófila) al electrodo (entidad hidrófoba). Por otra parte, se favorece la interacción enzima-mediador gracias a la naturaleza altamente accesible de los mediadores redox unidos a las ramificaciones de polímero hidrófilas del polímero redox.
Por otra parte, el sensor electroquímico de acuerdo con un modo de realización de la presente invención incluye un electrodo (como por ejemplo un electrodo de carbono) y una composición química que incluye un polímero redox de revestimiento sobre la superficie del electrodo. El polímero redox de dicho sensor electroquímico incluye una cadena principal de polímero hidrófoba, al menos una ramificación de polímero hidrófila unida a la cadena principal de polímero hidrófoba y una pluralidad de mediadores redox unidos a cada una de las ramificaciones de polímero hidrófilas.
Breve descripción de los gráficos
Con la referencia de la descripción detallada que se expone a continuación, donde se indican modos de realización ilustrativos, en los que se aplican los principios de la presente invención, así como con los gráficos adjuntos en los que cada uno de los numerales se corresponde con cada uno de los elementos, cuyo contenido se señala a continuación, se conseguirá una mejor comprensión de las características y las ventajas de la presente invención:
La figura 1 es una descripción esquemática simplificada de un polímero redox para su uso en un sensor electroquímico con arreglo a un modo de realización ilustrativo de la presente invención:
La figura 2 es una representación esquemática simplificada de los polímeros redox con arreglo a un modo de realización ilustrativo de la presente invención inmovilizados sobre un electrodo de un sensor electroquímico.
La figura 3 es una descripción simplificada de una secuencia de reacción para la síntesis de un polímero redox con arreglo a un modo de realización ilustrativo de la presente invención;
La figura 4 es un voltamograma cíclico de un electrodo revestido con un polímero redox 300 de la figura 3;
La figura 5 es un voltamograma cíclico de un electrodo revestido con el compuesto 1 de la figura 3;
La figura 6 es un voltamograma cíclico de un electrodo revestido con una mezcla del polímero redox 300 y el compuesto 2 de la figura 3; y
La figura 7 es una representación transversal simplificada de un electrodo de un sensor electroquímico de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Para conseguir coherencia a lo largo de la presente memoria descriptiva, así como para comprender claramente la presente invención, a continuación se proporcionan las siguientes definiciones de los términos que se utilizan en el presente documento.
El término "mediador redox" se refiere a cualquier fracción química que es capaz de experimentar una reducción (aceptación de un electrón(es) u oxidación (donación de un electrón(es)) tanto con una superficie de electrodo como con una enzima.
El término "hidrófilo" se refiere a cualquier especie química o subgrupo con una alta afinidad para soluciones acuosas como agua. Por consiguiente, un compuesto hidrófilo tiende a unirse con una solución acuosa, o a disolverse con ella, o a ser absorbido por ella.
El término "hidrófobo" se refiere a cualquier especie química o subgrupo con una baja afinidad para soluciones acuosas, incluyendo agua. Por lo tanto, un compuesto hidrófobo tiende a repeler solución acuosa y no ser absorbido en ella.
El término "polímero redox" se refiere a un polímero que ha sido modificado (v.g., derivatizado) para incluir varios mediadores redox.
La figura 1 es una descripción esquemática de un polímero redox 100 con arreglo a un modo de realización ilustrativo de la presente invención. El polímero redox 100 incluye una pluralidad de ramificaciones de polímero hidrófilo 110 unidas de manera pendiente (es decir unidas en un único punto) a la cadena principal de polímero hidrófobo 120 del polímero redox 100. Cada ramificación de polímero hidrófilo 110 incluye varios mediadores redox 130 representados de manera esquemática con la letra "M" en la figura 1. Dichos mediadores redox pueden unirse covalentemente o de otro modo a las ramificaciones de polímero de polímero hidrófilo 110.
Dado que la cadena principal de polímero hidrófobo 120 puede unirse de forma fácil y segura a un electrodo u otro componente de un sensor electroquímico (tal como se describe más adelante), el polímero redox 100 tiene la capacidad de inmovilizar el mediador redox 130 en el contorno de un electrodo de sensor electroquímico. Por ejemplo, la cadena principal de polímero hidrófobo 120 puede adherirse a la superficie de un electrodo de carbono a través de la interacción hidrófoba entre la cadena principal hidrófoba 120 y dicha superficie de electrodo de carbono.
Por otra parte, existe una pluralidad de mediadores redox unidos a cada una de las ramificaciones de polímero hidrófilo, y la capacidad de mediación del polímero redox no está excesivamente limitada. Por otra parte, aunque están unidos a una ramificación de polímero hidrófilo, los mediadores redox retienen una capacidad adecuada para interactuar favorablemente con una enzima redox para intercambiar electrones y también para intercambiar electrones con un electrodo de sensor electroquímico.
La cadena principal de polímero hidrófobo 120 puede consistir en cualquier cadena principal de cadena hidrófobo adecuada conocida entre las personas especializadas en este campo, incluyendo una cadena principal de polímero hidrófobo a base de metacrilato de metilo (MMA) (v.g. una cadena principal de polímero poli(metacrilato de metilo)). En estas circunstancias, el carácter hidrófobo del MMA imparte un grado relativamente alto de hidrofobicidad a la cadena principal de polímero hidrófobo. Los monómeros hidrófobos alternativos adecuados para su uso en las cadenas principales de polímero hidrófobo de los polímeros redox según la presente invención incluyen, sin limitarse sólo a ellos, monómeros de acrilato hidrófobos y monómeros de vinilo hidrófobos. Entre los ejemplos de dichos monómeros hidrófobos se incluyen monómeros de estireno y monómeros de metacrilato de butilo.
La ramificación de polímero hidrófilo 110 y los mediadores redox unidos 130 pueden consistir en cualquier combinación adecuada de ramificación de polímero hidrófilo y mediador(es) redox, conocida entre las personas especializadas en este campo, incluyendo por ejemplo, una ramificación de polímero hidrófila con mediadores redox unidos formados a partir de una combinación de N-vinil pirrolidinona (NVP) y vinil ferroceno (VFc). Asimismo, los mediadores redox de los polímeros redox según la presente invención pueden consistir en cualquier mediador redox adecuado incluyendo, por ejemplo, ferroceno, complejos de mediador redox de osmio, mediadores redox de quinona, mediador redox de ferricianuro, mediador redox de azul de metileno, mediador redox de 2,6-dicloroindofenol, mediador redox de tionina, mediador redox de gallocianina, mediador redox de indofenol y cualquier combinación de los mismos.
La figura 2 es una representación esquemática simplificada de cuatro polímeros redox 100 con arreglo a los modos de realización de la presente invención inmovilizados en una superficie de electrodo (E) de un sensor electroquímico. En la descripción de la figura 2, se muestra uno de los polímero redox 100 en interacción con una enzima redox (RE) que incluye un sitio activo (A). La figura 2 es una representación simplificada en la que se pretende ilustrar la manera en la que los mediadores redox M son capaces de intercambiar electrones con la superficie de electrodo E y la enzima redox RE.
Las personas especializadas en este campo podrán reconocer que la enzima redox RE es esencialmente una estructura de proteína con un sitio(s) activo(s) A en ellas. Por otra parte, el sitio activo A es una porción de una enzima redox RE que puede reconocer selectivamente un analito (v.g., glucosa) e intercambiar (es decir, donar o aceptar) un electrón con el analito.
En la representación de la figura 2, las cadenas principales del polímero hidrófobo 120 son absorbidas o, si no, adheridas a la superficie del electrodo E. Dicha adherencia tiene como resultado la inmovilización del polímero redox 100 a la superficie del electrodo E de manera que el polímero redox 100 (y los mediadores redox M) no se desprenden de la superficie del electrodo, ni se escapan por lixiviación desde él cuando se sumerge la superficie de electrodo en una muestra líquida. Dicha adherencia es un atributo muy deseable en los sensores electroquímicos, especialmente los sensores electroquímicos que miden la glucosa de forma continua in vivo y ex vivo, ya que el mediador redox M puede ser tóxico para los seres humanos. Si el mediador redox X se perdiera por lixiviación desde la superficie del electrodo, existe el riesgo de que dicho mediador redox M pudiera entrar en el cuerpo humano. Por otra parte, dado que los sensores electroquímicos requieren un mediador redox M para funcionar, es importante que el mediador redox no pueda escaparse por lixiviación del contorno de la superficie de electrodo.
Tal como se representa en la figura 2, la ramificación de polímero hidrófilo 110 puede adaptarse para asociarse con la enzima redox RE, de manera que los mediadores redox pendientes M (es decir los mediadores que están unidos a las ramificaciones de polímero hidrófilo en un único punto) penetren en la enzima redox RE y lleguen a estar suficientemente próximas al sitio activo A como para permitir una transferencia de electrones entre el mediador redox M y la enzima redox RE. Dado que existe una pluralidad de mediadores redox M unidos de forma pendiente a cada una de las ramificaciones de polímero hidrófilo 110, el polímero redox 100 tiene una conductividad de mediación relativamente alta. Dicha conductividad de mediación relativamente alta da cabida a la transferencia de los electrones desde una entidad de mediador redox a otra entidad de mediador redox. Asimismo, como la ramificación hidrófila 110 es altamente flexible tiene la capacidad de difundirse entre la enzima redox RE y la superficie de electrodo E, transfiriendo así los electrones desde el sitio activo A hasta la superficie de electrodo E. A este respecto, el término "flexible" se refiere a la relativa libertad de las ramificaciones hidrófilas para desplazarse dentro de un volumen. Dicha flexibilidad viene dada en función de la longitud de las ramificaciones hidrófilas, su densidad de reticulación, y las características térmicas y cristalinas inherentes, o las características amorfas del material de polímero desde el cual se forman las ramificaciones hidrófilas.
Los polímeros redox se pueden formar a través de cualquiera de las técnicas conocidas entre las personas especializadas en este campo que sea adecuada. Por ejemplo, la figura 3 es una representación simplificada de una secuencia de reacción para sintetizar un polímero redox 300 con arreglo a un modo de realización ilustrativo de la presente invención.
La secuencia de reacción de la figura 3 incluye la copolimerización NVP y VFc para formar el compuesto 1 (ver la etapa 1 de la figura 3), la derivatización del compuesto 1 para formar el compuesto 2 (ver la etapa 2 de la figura 3) y posteriormente el injerto del compuesto 2 en MMA (ver la etapa 3 de la figura 3) para formar el polímero redox 300. Las personas especializadas en este campo reconocerán que el polímero redox 300 se puede caracterizar como un copolímero de injerto anfílico que lleva fracciones de mediador redox unidas covalentemente (en concreto, fracciones de ferroceno). Tal como se describe en los ejemplos más adelante, dicho polímero redox es útil en sensores de glucosa electroquímicos.
En la figura 3, la relación molar de NVP a VFc en cada una de las ramificaciones de polímero hidrófilo del polímero redox 300 está representada como m:n. Asimismo, la relación molar de los monómeros de MMA en la cadena principal del polímero hidrófobo del polímero redox 300 a las ramificaciones de polímero hidrófilo del polímero redox 300 está representada como p:q. Por otra parte, las personas especializadas en este campo podrán reconocer que el mediador redox del polímero redox 300 es ferroceno (Fc).
La copolimerización de la etapa 1 en la figura 3 se puede realizar en presencia de isopropoxietanol (IPE-tOH) para ayudar al apagado de la copolimerización y la funcionalización de los extremos del compuesto 1 con un grupo hidroxilo. En la secuencia de reacción de la figura 3, el compuesto 1 se puede denominar oligo(N-vinilpirrolidona) con fracciones ferroceno y tiene, por ejemplo, un peso molecular en el intervalo comprendido entre aproximadamente 5.000 y 15.000 gramos/moles. Por otra parte, la relación molar de NVP:VFc (es decir, m:n) del compuesto 1 puede estar comprendida por ejemplo dentro del intervalo de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 100:5. Asimismo, la relación molar del IPE-tOH:NVP empleado en la etapa 1 de la figura 3 puede estar comprendida por ejemplo dentro del intervalo de aproximadamente 0,5:1 a aproximadamente 3:1. Una vez expuesta la presente invención, las personas especializadas en este campo podrán reconocer que el compuesto 1 puede formar una ramificación de polímero hidrófila con una pluralidad de mediadores redox en un polímero redox 300. Las personas especializadas en este campo podrán reconocer también que las técnicas de polimerización convencionales pueden crear ramificaciones de polímero hidrófilo con una distribución estadística de los mediadores redox unidos a ellas. No obstante, pueden llevarse a cabo fácilmente técnicas de poimerización de manera que una proporción significativa de dichas ramificaciones de polímero hidrófilo incluya una pluralidad de mediadores redox y las ramificaciones de polímero hidrófilo pueden, por término medio, incluir una pluralidad de mediadores redox.
En la secuencia de reacción de la figura 3, la relación de IPEtOH a NVP predetermina el peso molecular del compuesto 1. Una proporción relativamente alta de IPEtOH supondrá que el compuesto 1 tenga un peso molecular relativamente bajo. Por el contrario, una proporción relativamente baja de IPEtOH supondrá que el compuesto 1 tenga un peso molecular relativamente alto. El peso molecular del compuesto 1 puede por tanto determinarse previamente de manera que las ramificaciones del polímero hidrófilo del polímero redox 300 sean lo suficientemente largas y lo bastante flexibles como para permitir un rápido intercambio de electrones entre los mediadores unidos a las ramificaciones hidrófilas y una enzima redox. No obstante, se ha determinado que si las ramificaciones hidrófilas de un polímero redox 300 son demasiado largas, el polímero redox 100 puede desprenderse de la superficie de electrodo. Según el intervalo de peso molecular antes señalado y la relación molar de m:n, el número medio de VFc por compuesto 1 puede estar dentro del intervalo de más de 1 y aproximadamente 7, por ejemplo.
Debe advertirse que lo que imparte el grado relativamente alto de hidrofilia a las ramificaciones de polímero hidrófilo de un polímero redox 300 es el carácter hidrófilo de NVP. Se pueden emplear también monómeros hidrófilos alternativos que tienen grupos funcionales polimerizables acrilato o vinilo en los polímeros redox según los modos de realización ilustrativos de la presente invención como, por ejemplo, metacrilato de hidroxietilo, N-isopropilacrilamida, metacrilato de glicerol y acrilamida. Las personas especializadas en este campo podrán reconocer que si se emplean diferentes mediadores redox y/o diferentes monómeros hidrófilos, habrá que introducir cambios correspondientemente en la secuencia de síntesis de la figura 3.
En la etapa 2 de la figura 3, se derivatiza el compuesto 1 con cloruro de metacriloílo para formar un macromonómero funcionalizado en el extremo con metacrilato (compuesto 2). El compuesto 2 tiene un grupo acrilato que es capaz de formar un copolímero de injerto con la cadena principal de polimero hidrófobo del polímero redox 300.
En la etapa 3 de la figura 3, el compuesto 2 se copolimeriza con MMA para formar el polímero redox 300. Debe señalarse que después de la etapa 3, el compuesto 2 ha sido transformado esencialmente en las ramificaciones hidrófilas del polímero redox 300. El polímero redox 300 es un copolímero de injerto anfílico con la característica de adherirse fuertemente a un electrodo y con la capacidad de intercambiar electrones con las enzimas redox. Por otra parte, el polímero redox 300 es soluble en diversos disolventes orgánicos comunes, como alcohol, lo que permite una fácil disolución y la capacidad de manofactura.
El polímero redox 300 tiene por ejemplo un peso molecular dentro del intervalo de aproximadamente 20 kg/mol a 80 kg/mol. Por otra parte, la relación molar de p:q puede encontrarse por ejemplo dentro del intervalo comprendido entre aproximadamente 50:1 y aproximadamente 150:1. La relación de p:q queda predeterminada para que el polímero redox tenga un equilibrio hidrófilo-hidrófobo que permita que la cadena principal del polímero hidrófobo, o una porción del mismo, se una de forma segura (v.g., se absorba de modo seguro) a una superficie de electrodo. Al mismo tiempo, se da cabida a que las ramificaciones del polímero hidrófilo del polímero redox se extiendan libremente en una muestra líquida en la que se sumerge dicho electrodo.
Debe señalarse que lo que imparte un grado relativamente alto de hidrofobia a la cadena principal del polímero hidrófobo del polímero redox 300 es el carácter hidrófobo de MMA. Entre los monómeros hidrófobos alternativos adecuados para su uso en los polímeros redox con arreglo a los modos de realización ilustrativos de la presente invención se incluyen por ejemplo monómeros de acrilato o vinilo hidrófobos como estireno y metacrilato de butilo.
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Ejemplos Ejemplo 1 Síntesis del compuesto 1 de la figura 3
Se sintetizó el compuesto 1 de la figura 3 por copolimerización de radicales libres utilizando una solución de reacción de 10,2 g de NVP, 0,88 g de VFc y 0,05 g de 2,2'-azobisisobutironitrilo (AIBN) en 15 ml de IPEtOH. Se llevó a cabo la síntesis en un matraz de fondo redondo.
Antes de iniciar la síntesis, se desoxigenó la solución de reacción introduciendo burbujas de nitrógeno en ella durante una hora. A continuación, se calentó el matraz de reacción a 70ºC en un baño de aceite durante 24 horas con agitación magnética continua bajo una atmósfera de nitrógeno. Se disolvió el compuesto 1 en la solución de reacción en diclorometano y se hizo precipitar en la solución de reacción con éter dietílico. A continuación, se filtró el compuesto 1 y se secó en un horno a 50ºC.
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Ejemplo 2 Síntesis del compuesto 2 de la figura 3
Se sintetizó el compuesto 2 haciendo reaccionar 2,0 g del compuesto 1 (preparado tal como se ha descrito en el ejemplo 1 anterior) con 0,8 g de cloruro de metacriloílo en presencia de 1,2 g de trietilamina deshidratada en 20 mL de diclorometano deshidratado. Se llevó a cabo la reacción durante toda la noche en un matraz de fondo redondo a temperatura ambiente con agitación magnética continua bajo una atmósfera de nitrógeno.
A continuación se lavó la solución de reacción con una solución que contenía HCl 0,1N, carbonato potásico 0,5 N y agua destilada. A continuación, se recogió la fase orgánica de la solución resultante y se concentró utilizando un evaporador rotatorio a temperatura ambiente a presión reducida, produciendo así una muestra purificada del compuesto 2. A continuación, se secó la muestra purificada del compuesto 2 en un horno a 50ºC.
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Ejemplo 3 Síntesis de un polímero redox con arreglo a uno de los modos de realización de la presente invención (es decir, polímero redox 300 de la figura 3)
Se sintetizó el polímero redox 300 (un polímero anfílico) por copolimerización de radicales libres utilizando 1,0 g del compuesto 2, 6,2 g de MMA y 0,06 g de AIBN en 60 mL de 1-pentanol. Se llevó a cabo la reacción en un matraz de fondo redondo.
Antes de iniciar la reacción, se desoxigenó el disolvente 1-pentanol por introducción de burbujas de nitrógeno en ella durante una hora. A continuación, se calentó la solución de reacción a 70ºC en un baño de aceite durante 24 horas con agitación magnética continua bajo una atmósfera de nitrógeno. Se hizo precipitar el polímero redox 300 desde la solución de reacción con éter dietílico y después se secó en un horno a 50ºC.
Ejemplo 4 Evaluación electroquímica de polímero redox 300 de la figura 3
Se sumergió un electrodo de carbono de vidrio (GCE) en una solución que contenía polímero redox 300 (preparado según el ejemplo 3 anterior) disuelto en 2-isopropanol. Se sumergió GCE en solución salina tamponada con fosfato (PBS) y se analizó utilizando voltametría cíclica (CV) a 20 milivoltios/segundo entre -0,1 y 0,5 voltios frente a Ag/AgCl. La presencia de picos de reducción y oxidación entre medias del intervalo de voltaje analizado (tal como se muestra en la figura 4) indicó que el ferroceno electroactivo se inmovilizó en el GCE. Se realizaron sesenta exploraciones CV y los resultados no indicaron ninguna disminución significativa en los picos de oxidación y reducción, lo que indica que el polímero redox 300 no se eliminó por lavado del GCE.
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Ejemplo 5 Evaluación electroquímica del compuesto 2
Se sumergió un electrodo de carbono de vidrio (GCE) en una solución que contenía el compuesto 2 (preparado según el ejemplo 2 anterior) disuelto en 2-isopropanol. Se sumergió el GCE en solución salina tamponada con fosfato (PBS) y se analizó por voltametría cíclica (CV) a 20 milivoltios/segundo entre -0,1 y 0,5 voltios. En contraste con el ejemplo 4, la magnitud de los picos de oxidación y reducción disminuyó rápidamente tras las sucesivas exploraciones CV (tal como se muestra en la figura 5). Esto indica que se eliminó por lavado el compuesto 2 del GCE.
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Ejemplo 6 Evaluación electroquímica del polímero redox 300 en presencia del compuesto 2
Se sumergió un electrodo de carbono vítreo (GCE) en una solución que contenía una mezcla del compuesto 2 y polímero redox 300 disuelto en 2-isopropanol. Se sumergió el GCE en solución salina tamponada con fosfato (PBS) y se analizó aplicando voltametría cíclica (CV) a 20 milivoltios/segundo entre -0,1 y 0,5 voltios. De manera similar a la del ejemplo 4, la magnitud de los picos de reducción y oxidación no disminuyó significativamente tras 60 exploraciones CV (tal como se muestra en la figura 6).
Esto indica que el compuesto 2 tiene una alta afinidad con la porción hidrófila del polímero redox 300, lo que causa que el compuesto 2 también se adhiera fuertemente al GCE. Por otra parte, la separación de los picos de oxidación y reducción en la figura 6 es menor que la separación de la figura 4, lo que hace pensar que la mezcla del compuesto 2 y el polímero redox 300 tiene una cinética de transferencia de electrones más rápida que el polímero redox 300 en solitario y que demuestra un efecto beneficioso del entorno hidrófilo homogéneo que proporcionan las ramificaciones de polímero hidrófilo del polímero redox 300.
La figura 7 es una representación transversal simplificada de un electrodo revestido 700 empleado en un sensor electroquímico con arreglo a un modo de realización ilustrativo de la presente invención. El electrodo revestido 700 incluye un electrodo 710 (como por ejemplo un electrodo de carbono) y una composición química 720 que reviste la superficie del electrodo 710. La composición química incluye un polímero redox (tal como se ha descrito anteriormente) con una cadena principal de polímero hidrófobo, al menos una ramificación de polímero hidrófilo unida a la cadena principal de polímero hidrófobo, y varios mediadores redox unidos a al menos una de las ramificaciones de polímero hidrófilo. Si se desea, la composición redox puede incluir también una enzima redox como por ejemplo glucosa oxidasa o glucosa dehidrogenasa. Dichas enzimas redox pueden consistir por ejemplo en enzimas a base de metoxatina o a base de dinucleótido de nicotinamida adenina.

Claims (12)

1. Un polímero redox para su uso en un sensor electroquímico, comprendiendo dicho polímero redox:
una cadena principal de polímero hidrófobo formada a partir de al menos un metacrilato de metilo, estireno, metacrilato de butilo y combinaciones de ellos;
al menos una ramificación de polímero hidrófilo unida a la cadena principal del polimero hidrófobo estando formada la ramificación hidrófila de al menos uno entre N-vinilpirrolidona, metacrilato de hidroxietilo, N-isopropilacrilamida, metacrilato de glicerol, acrilamida y combinaciones de ellos; y
una pluralidad de mediadores redox unidos a al menos una de las ramificaciones de polímero hidrófilo.
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2. El polímero redox de la reivindicación 1, siendo la cadena principal del polímero hidrófobo una cadena principal de polímero poli(metacrilato de metilo) hidrófobo.
3. El polímero redox de la reivindicación 1, siendo la ramificación del polímero hidrófilo una ramificación de polímero oligo(N-vinilpirrolidinona) hidrófilo.
4. El polímero redox de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el mediador redox es un mediador redox a base de ferroceno.
5. El polímero redox de la reivindicación 1, en el que la cadena principal de polímero hidrófobo formado se selecciona entre monómeros de metacrilato de metilo (MMA);
la, al menos una, ramificación de polímero hidrófila unida a la cadena principal de polímero hidrófobo está formada a partir de monómeros de N-vinilpirrolidinona (NVP) y
se une una pluralidad de mediadores redox de ferroceno a la, al menos una, ramificación hidrófila y está formada de ferroceno de vinilo (VFc).
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6. El polímero redox de la reivindicación 5, en el que la relación molar de los monómeros de MMA a las ramificaciones de polímero hidrófilas se encuentra en el intervalo comprendido entre 50:1 y 150:1.
7. El polímero redox de la reivindicación 6, en el que la relación molar del NVP a VFc se encuentra en el intervalo comprendido entre 100:1 y 100,5.
8. El polímero redox de la reivindicación 7, en el que el polímero redox tiene un peso molecular dentro del intervalo comprendido entre 20 kg/mol y 80 kg/mol.
9. El polímero redox según la reivindicación 1, en el que existe una pluralidad de ramificaciones hidrófilas unidas a la cadena principal hidrófoba y existe por término medio una pluralidad de mediadores redox unidos a cada una de las ramificaciones de polímero hidrófilo.
10. Un sensor electroquímico que comprende:
un electrodo y
una composición química que reviste la superficie del electrodo, incluyendo la composición química un polímero redox con arreglo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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11. El sensor electroquímico de la reivindicación 10, en el que la composición química incluye además una enzima redox.
12. El sensor electroquímico según la reivindicación 11, en el que la enzima redox es glucosa oxidasa o glucosa dehidrogenasa.
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