WO2011036319A1 - Procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos y sus usos como sensores amperométricos - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing biomimetic electrodes based on an electro-assisted deposition method of molecularly printed silica layers on various electrodes. These biomimetic electrodes are used for the highly selective detection of substances of environmental, biochemical and food interest.
- MIPs molecular imprint polymers
- Molecular imprint polymers are artificially synthesized matrices that have, in theory, the ability to recognize and interact specifically with certain compounds. That is, they are biomimetic materials that reproduce in a more basic way the mechanism of recognition of biological systems (hormone-receptor, enzyme-substrate, antigen-antibody).
- the synthesis of IPMs is carried out by forming a crosslinked polymer by initial copolymerization of a series of functional and crosslinking monomers in the presence of the template molecule (which will generally be the analyte of interest or an analog) in a solvent. suitable.
- the subsequent release of the template molecule allows obtaining a nanostructured material, with selective "memory" for the mold, and that simulates the typical molecular recognition in biological systems.
- the polymerization conditions such as temperature, the degree of crosslinking of the monomers, and the template molecule, these polymers can be obtained with highly selective characteristics. They have good long-term chemical stability, high mechanical and chemical resistance, and the possibility of designing specific receptors for a high number of substrates, which justifies the enormous potential that MIPs have in the development of new sensor phases.
- the covalent pathway is based on the initial co-polymerization of functional monomers with a polymerizable derivative of the template molecule. This involves previously derivatizing said molecule. By adding a crosslinker monomer and in the presence of a polymerization initiating agent, the adduct structure is fixed in a three-dimensional network. The subsequent release of the template molecule is carried out by chemical methods, generally hydrolysis that breaks the covalent bonds created.
- the template molecule interacts with the functional monomers forming an aggregate in which type interactions predominate. hydrogen bonding, electrostatic interactions, Van der Waals bonds, etc.
- Functional and crosslinking monomers are usually of the same nature as those used in the covalent pathway.
- the process begins with an ordering of the functional monomers around the template molecule, in a suitable solvent, to produce a pre-organized system whose structure is fixed during the cross-linking, analogous to the previous case.
- the extraction of the molecule does not now require breakage of covalent bonds and can be carried out by a gentle extraction process with a solvent of suitable characteristics.
- silica gel sol-layers are usually deposited on the transducer electrode by usual techniques (spin-coating spin deposit, or dip dip- coating), based on precursor solutions (sol) containing the template molecule and allowed to gel in its presence.
- the mold is usually removed from the inside of the layer by solvent washing.
- These layers have been applied to the electrochemical detection of various species (cf. R. Gupta and A. Kumar, Biotechnology Advances, 2008, 26, 533-547).
- Selective detection of neurotransmitters epinephrine or dopamine (cf. CW Hsu and MC Yang, Sensors and Actuators B: Chemical, 2008, 134, 680-686; PC Pandey and BC Upadhyay, Talanta. 2005, 67, 997-1006; N. Gao et al., Electroanalysis, 2007, 19, 1655-1660), amino acid detection (cf. Z.
- the process of deposit and extraction of the mold is key to obtaining a highly selective sensor phase since the formation of holes or cracks produced during the processing of the layer significantly worsens the selectivity of the sensor phase.
- the deposition of the polymer layers is done by electrochemical techniques (electropolymerization). This type of deposit allows to obtain thin layers with a high control in their morphology and properties.
- electrochemical deposition of a polymer an electrode is introduced into a precursor solution (of a monomer or mixture of several) and an oxidation potential is applied.
- the oxidized monomers in the form of a radical-cation
- Typical conductive polymers prepared in this way are polyaniline, polypyrrole, polythiophene, etc.
- electrochemically generated polymers in this way could be considered of great interest to form molecularly printed layers, without simply introducing the template molecule of interest into the precursor solution, together with the monomers.
- a high potential to oxidize the monomer eg +1.1 V / ENH, for aniline
- the present invention provides a method of manufacturing biomimetic electrodes based on an electro-assisted deposition method of molecularly printed silica layers on various electrodes. These biomimetic electrodes are used for the highly selective detection of substances of environmental, biochemical and food interest.
- the examples show how the electro-assisted deposition of silica in the presence of a template molecule in the precursor solution results in the formation of a layer that acts as a filter with high selectivity for the detection of the molecule of interest.
- Printed sol-gel layers deposited on electrodes increase selectivity against the analyte of interest.
- Electro-assisted deposition by electrochemical reduction is performed in the presence of a template molecule (which will generally be the analyte of interest or a structural analog).
- the properties of the layer can be easily optimized by the reduction potentials, the time spent in the deposit, the concentration of the template molecule, among other parameters.
- the mold molecule is removed, for example by electrochemical degradation or by solvent washing.
- the silica pores are printed at the molecular level, which produces a biomimetic material with a high specificity and affinity for the molecule of interest.
- the analyte will be detected amperometrically on the electrode surface after passing through the pores of material.
- the present invention relates to a method of manufacturing a biomimetic electrode (hereinafter method of the invention) comprising:
- the final solution may be at an acidic or basic pH
- step (b) stir the mixture from step (a) to produce hydrolysis of the precursors
- step (c) add to the mixture obtained in step (b) a template molecule, d) introduce an electrode into the mixture of step (c) and apply to said electrode an electrical potential or an electrical current of reduction or oxidation, and
- biomimetic electrodes means those electrodes modified with synthesized matrices and which have been designed in such a way that they have the ability to recognize and interact specifically with certain compounds. These electrodes reproduce from basic way the mechanism of recognition of biological systems (hormone-receptor, enzyme-substrate, antigen-antibody, etc.).
- this solution may contain at least one silicon alkoxide or a mixture of silicon alkoxides and, if necessary, the precursor solution also contains an alcohol.
- the silicon alkoxide is selected from tetraethylorthosilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS) or combination thereof. More preferably, the silicon alkoxide is tetraethylorthosilane.
- step (a) the alcohol selected from ethanol, methanol, / ' so-propanol, n-propanol, butanol or benzyl alcohol. More preferably, the alcohol is ethanol.
- An aqueous solution with a support electrolyte is added to said silica precursor solution.
- This support electrolyte is used to provide conductivity to the final solution and can be an inert salt.
- said support electrolyte is a salt that is selected from the list comprising KCI, NaCI, Na 2 S0 4 , NaNÜ3 or any combination thereof. More preferably, the salt is KCI. Said electrolyte may be at a concentration of between 0.001 and 3 M, more preferably at a concentration of between 0.1 and 1.0 M, more preferably at a concentration of 0.5 M.
- This precursor solution together with the support electrolyte solution of step (a) is conditioned to a suitable pH, to give rise to the hydrolyzing of the silica precursors.
- this stage In order for hydrolysis of the precursors to occur, this stage must be catalyzed by protons (that is, at an acidic pH) or by -OH (that is, at a basic pH), however at neutral pH the Hydrolysis occurs very slowly or does not occur.
- This hydrolysis step of the process of the invention is produced by stirring (step (b) of the process of the invention). A subsequent catalytic condensation reaction at a pH different from that of hydrolysis would result in the gelation of the silica matrix, as described below in step (d) of the process of the invention.
- step (a) the resulting mixture is brought to a pH value between 0 and 7, for hydrolysis of the precursor in step (b), using an acid selected from HCI, h S , H2SO4, CH3COOH, HCOOH, HOOC-COOH HCIO 4 , HN0 3 with a concentration between 0.0001 and 2 M. More preferably, the acid is HCI, with a concentration of 0.1 M.
- some organoalkoxysilane compound can be added to modify the properties of the material obtained.
- an organoalkoxysilane that is selected from the list comprising methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, vinyltriethoxysilane or any combination thereof.
- this precursor solution is introduced into an electrochemical cell and an amount of the template molecule of interest with which the silica matrix is to be printed is added, so that it can be detected later.
- a reference electrode and an auxiliary electrode are immersed in the electrochemical cell.
- the template molecule in step (c) can be a hormone, an enzyme, a protein, an antigen, a sugar, in general any organic molecule or biologically active metabolite capable of being analyzed, as for example but not limited to dopamine, epinephrine, uric acid, glucose cholesterol or resveratrol, preferably with a concentration between 0.001 and 3 M. More preferably, the template molecule is dopamine or glucose, more preferably still the concentration of the template molecule is in a concentration of between 0.05 and 1.5 M, more preferably at 0.1 M.
- the electrode on which the deposit is made acts as a working electrode.
- a working electrode a wide variety of materials can be used, such as but not limited to carbonaceous materials such as vitreous carbon, graphite, diamond doped with boron, electrodes modified with carbon nanotubes or metal electrodes such as gold, silver, platinum, steel, Copper, nickel, among others.
- screen-printed electrodes usually of carbon, gold or platinum, supported on ceramic or plastic base can be used. More preferably, the electrode is vitreous carbon or gold.
- an electrical potential or an electrical current of reduction or oxidation is applied on the working electrode in order to produce an electrochemical reaction such as, for example, electrochemical reduction or oxidation of water, electrochemical reduction of dissolved oxygen, nitrate reduction, among other reactions known to any person skilled in the art.
- an electrochemical reaction such as, for example, electrochemical reduction or oxidation of water, electrochemical reduction of dissolved oxygen, nitrate reduction, among other reactions known to any person skilled in the art.
- step (d) to perform the electro-assisted deposit when performed potentiostatically an electric potential with a value between +0.5 and -3.0 V is applied against a normal hydrogen electrode and more preferably for a time between 5 s and 30 min.
- step (d) when the galvanostatic deposit is performed an electric current density with a value between 0 and -100 mA cm "2 is applied and more preferably for a time between 5 s and 30 min.
- the "electro-assisted deposit” refers to an electrochemical process in which an electric current is used to reduce or oxidize species dissolved in an aqueous solution that contains them that are not the species that are deposited, but that favor the precipitation of other molecules or colloids present in the solution on a conductive object that will be the cathode or anode of the cell, creating a thin coating around it with the material deposited by the change in pH.
- This change of pH produces an acceleration of the gelation processes by the rapid aggregation of the silica colloids in the precursor solution in the environment of the working electrode. These aggregate colloids are generated in the solution containing the template molecule by trapping it inside ( Figure 1). The colloids thus formed are deposited on the electrode surface. When deposited, the template molecule is trapped inside the pores of the silica matrix.
- the modified electrode can be introduced into a solvent where the template molecule is soluble or, alternatively, the modified electrode is introduced into an electrochemical cell with an aqueous solution with a support electrolyte in the absence of the template molecule, and the mold electrochemical degradation of the molecule contained in the layer ( Figure 1). This procedure releases the pores allowing the subsequent entry of new molecules under analysis.
- step (e) the removal of the template molecule is carried out by extraction with a solvent that is selected from those in which the template molecule is soluble.
- step (e) the removal of the template molecule is performed by electrochemical extraction.
- an aqueous solution with an electrolyte that can be selected from KCI, NaCI, sulfate salts, nitrate salts, phosphate salts, etc., more preferably with a concentration between 0.001 and 3 M, and applying an electrical potential in which The electrochemical degradation reaction of the template molecule occurs.
- the electrolyte is KCI, with a concentration of 0.1 M, and an electric potential is applied cycling between +0.2 and +1.0 V.
- a sensor layer can have prepared by molecular printing and deposited on an electrode by the usual techniques is the presence of holes (pinholes) that allow the indiscriminate passage of species from the solution to the surface of the electrode, which interferes with the detection of the analyte of interest.
- the electro-assisted deposit proposed in the present invention prevents the formation of these uncontrolled pores.
- the electrode When the electrode is polarized to deposit the material, current lines are generated in the normal direction to the electrode surface ( Figure 2.a).
- the speed of the electrochemical reaction, and therefore of the electro-assisted deposit, is proportional to the density of these current lines.
- the deposited silica layer is non-conductive, which causes the electrochemical reaction to be partially inhibited in areas where silica is deposited. Streamlines would therefore be concentrated in other areas devoid of deposit that are more conductive (Figure 2.b), where there would be an increase in the velocity of the silica deposit.
- biomimetic electrode of the invention which comprises:
- the electrodes thus manufactured are used for electrochemical detection in samples containing an unknown concentration of the molecule of interest that has been used as a template.
- the printed silica layer shows great affinity for the analyte of interest and prevents the access of interfering molecules to the electrode surface.
- the present invention relates to the use of the biomimetic electrode of the invention for the manufacture of an amperometric, voltammetric, impedance or potentiometric sensor.
- the sensor is amperometric.
- the present invention relates to a sensor (hereinafter sensor of the invention) comprising the biomimetic electrode of the invention.
- the present invention relates to the use of the sensor of the invention for the electrochemical detection of the concentration of the template molecule in a sample.
- the electrochemical detection is amperometric, voltammetric, impedimetric or potentiometric.
- electrochemical detection is amperometric.
- Fig. 1 a) shows an illustrative scheme of a layer of printed silica deposited on an electrode with the template molecule trapped inside. After the cleaning treatment, the pores are released so that the analyte can access through them to the electrode surface; b) sample how once the pores of the material are released, it allows the molecule of interest to pass, preventing the access of interferents to the electrode surface.
- Fig. 2 schematically shows the current lines generated during an electrochemical reaction and how the electro-assisted deposit of silica modifies the distribution of these current lines, promoting the formation of a very coherent and homogeneous silica deposit.
- Fig. 3 shows a micrograph obtained in a scanning electron microscope where the silica deposit obtained on a vitreous carbon electrode is observed by reduction to -2.2 V / RHE in the presence of a template molecule (dopamine).
- Fig. 4 shows the cyclic voltamperograms obtained in an aqueous solution buffered to pH 7 of 0.5 mM ascorbic acid (AA) and 0.5 mM dopamine (DA) (ratio of AA concentrations: DA 1: 1) to 100 mV s " .
- AA ascorbic acid
- DA dopamine
- Fig. 5 shows a bar chart that quantifies the selectivity of the different electrodes used (GC, NIP and MIP) prepared at different conditions of deposit potential, in the case of silica modified electrodes. Deposit time 1 min.
- Fig. 6 shows the cyclic voltamperograms obtained in an aqueous solution buffered to pH 7 of 6 mM ascorbic acid and 0.5 mM dopamine (12: 1 ratio) at 100 mV s "1. Each curve corresponds to the response of a different electrode: GC Vitreous Carbon Electrode; NIP Modified Electrode 4
- MIP Modified electrode with a layer of silica molecularly printed with dopamine.
- Fig. 7 shows the amperometric response at +0.9 V of a dopamine-modified silica modified electrode (MIP electrode), when successive additions of dopamine in the presence of interfering, 0.05 M ascorbic acid.
- MIP electrode dopamine-modified silica modified electrode
- Fig. 8 shows the amperometric response stabilized at +0.9 V of a dopamine-modified silica modified electrode (MIP electrode) against the concentration of dopamine in the presence of interfering, 0.05 M ascorbic acid (concentration ratio around 200000: one).
- MIP electrode dopamine-modified silica modified electrode
- Fig. 9 shows the voltammetric response of an electrode modified with printed silica that has been used in the detection of dopamine in a 0.1 M KCI solution. Performing successive voltaometric scans, oxidation-degradation of the dopamine trapped in the pores of the dopamine is observed. material. After 10 voltammetric cycles the pores are released and the electrode can be reused for the detection of dopamine.
- Example 1 determination of dopamine Amperometric detection of dopamine in the presence of interfering (ascorbic acid).
- Dopamine belongs to the catecholamine family and has a function as a neurotransmitter. It is also a metabolic intermediate of the conversion of adrenaline into tyrosine. Normal blood levels of dopamine are between 0.01-1 mM. The presence of abnormal levels has been linked to neurodegenerative processes, such as Parkinson's disease.
- a precursor solution of the silica layers is prepared with the following composition: 6 ml of TEOS are mixed with 8.2 ml of ethanol. To this mixture is added 5.8 ml of an aqueous solution of 0.5 M KCI + 0.1 M HCI. This solution is stirred under an ultrasonic field for 15 minutes in a closed container for the hydrolysis of TEOS. The hydrolyzed precursor solution is introduced into an electrochemical cell and the template molecule, dopamine is added in this case, until a 0.1 M concentration is reached.
- a reversible hydrogen electrode (RHE) is used as the reference electrode and the auxiliary electrode or counter electrode is A spiral of platinum.
- the working electrode on which the deposit is made is a polished vitreous carbon electrode that is introduced into the solution.
- a reduction potential is applied to this electrode so that the solvent reduction reaction (hydrogen generation) occurs.
- the optimization of the printed silica was made by making deposits of the same at potentials between -2.0 and -2.5 V, making silica deposits for different times between 30 s and 2 min.
- the electrode is removed from the gelation cell to proceed with the extraction of the template molecule.
- the electrode is introduced into another electrochemical cleaning cell that contains a 0.1 M KCI aqueous solution and the dopamine contained in the pores of the material voltammetrically oxidizes, cycling between +0.2 and +1.0 V. After 5 voltammetric cycles, the net oxidation charge is zero, indicating that all the dopamine included in the layer has been effectively eliminated.
- the different layers obtained on the vitreous carbon electrodes were tested in a solution containing 0.5 mM dopamine and 0.5 mM ascorbic acid (1: 1 concentration ratio) in an aqueous solution at pH 7 (phosphate buffer ).
- Figure 4 shows the voltammetric response of the different electrodes: bare vitreous carbon ( Figure 4.a) and modified electrodes with silica layers ( Figures 4.b and 4.c).
- a silica deposit was made under similar conditions of potential, in the absence of the template molecule, unprinted silica (NIP electrode, Figure 4.b) and in the presence of dopamine (MIP, Figure 4.c).
- a layer of silica provides better defined oxidation peaks in the case of the NIP electrode and a partial inhibition of the ascorbic oxidation process with the MIP electrode.
- the selectivity of the amperometric detection has been defined in our case as the ratio of oxidation currents of dopamine (peak around 0.8 V) and ascorbic acid (peak around 0.6 V), the selectivity being the better the higher this parameter.
- Figure 5 shows the selectivity values obtained for different layers prepared at different potentials.
- the response of the MIP electrode is shown in Figure 7. Initially the concentration of dopamine is 0 and when adding is observed a proportional increase in the measured current. However, if more ascorbic acid is added to the solution (10 ⁇ ), no changes in current are observed.
- Figure 8 shows how the sensor response is adequate for the concentration range between 100-800 nM in the presence of 0.05 M ascorbic acid.
- the concentration ratio Dopamine: Ascorbic acid in these measurements is around .200000, which they are similar or even more demanding conditions than those usually found in physiological fluids.
- the sensor after a number of uses loses effectiveness and needs to be regenerated.
- the electrode is introduced into the electrochemical cleaning cell containing a 0.1 M KCI aqueous solution. After applying 5 voltaometric sweeps between +0.2 and +1.0 V, the initial response of the sensor is recovered ( Figure 9).
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Abstract
Procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos basado en un método de depósito electroasistido de capas de sílice impresas molecularmente sobre electrodos. Además la invención se refiere a estos electrodos biomiméticos y a su uso para la fabricación de sensores amperométricos, voltamperométricos, impedimétricos o potenciométricos para la detección altamente selectiva de sustancias de interés ambiental, bioquímico o alimentario.
Description
PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE ELECTRODOS BIOMIMÉTICOS Y
SUS USOS COMO SENSORES AMPEROMÉTRICOS La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos basado en un método de depósito electroasistido de capas de sílice impresas molecularmente sobre diversos electrodos. Estos electrodos biomiméticos se utilizan para la detección altamente selectiva de sustancias de interés ambiental, bioquímico y alimentario.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Con el fin de buscar soluciones a los inconvenientes que presentan los materiales sensores "clásicos" (largos tiempos de respuesta, baja sensibilidad y selectividad, así como poca estabilidad) se están siguiendo diversas líneas de investigación. Una de las más prometedoras y novedosas tecnologías utilizadas es la preparación de polímeros de impronta molecular (MIPs, "molecularly imprinted polymers") (cfr. F.L. Dickert y col., Trends in Anal. Chem., 1999, 18, 192).
Los polímeros de impronta molecular son matrices sintetizadas artificialmente que presentan, en teoría, la capacidad de reconocer e interaccionar de forma específica con determinados compuestos. Es decir, se trata de materiales biomiméticos que reproducen de un modo más básico el mecanismo de reconocimiento de los sistemas biológicos (hormona-receptor, enzima-sustrato, antígeno-anticuerpo).
En general, la síntesis de MIPs se lleva a cabo mediante la formación de un polímero entrecruzado por copolimerización inicial de una serie de monómeros funcionales y entrecruzadores en presencia de la molécula molde (que generalmente será el analito de interés o una análoga) en un disolvente adecuado. La posterior liberación de la molécula molde permite la obtención de
un material nanoestructurado, con "memoria" selectiva para el molde, y que simula el reconocimiento molecular típico en sistemas biológicos. Variando las condiciones de polimerización, como son la temperatura, el grado de entrecruzamiento de los monómeros, y la molécula molde, estos polímeros pueden ser obtenidos con características altamente selectivas. Poseen buena estabilidad química a largo plazo, resistencia mecánica y química elevada, y la posibilidad de diseñar receptores específicos para un elevado número de sustratos, lo que justifica el enorme potencial que presentan los MIPs en el desarrollo de nuevas fases sensoras.
Aunque hay diversas vías para la preparación de los MIPs, son dos las más utilizadas: covalente y no-covalente.
La vía covalente se basa en la co-polimerización inicial de monómeros funcionales con un derivado polimerizable de la molécula molde. Esto supone derivatizar previamente dicha molécula. Por adición de un monómero entrecruzador y en presencia de un agente iniciador de la polimerización, se fija la estructura del aducto en una red tridimensional. La posterior liberación de la molécula molde se lleva a cabo por métodos químicos, generalmente hidrólisis que rompa los enlaces covalentes creados.
Las ventajas más importantes de esta vía son la creación de sitios de unión muy específicos y la no influencia del disolvente empleado en la síntesis. Por el contrario, tienen el inconveniente de ser lentos, no reversibles para el proceso de reconocimiento, por lo que dichos polímeros no resultan adecuados para su utilización en sistemas donde se requiera una respuesta rápida y además, las capacidad de reocupación de éstos oscila entre 10-15%; este hecho es atribuido a que los sitios de unión se encuentran fundamentalmente en zonas internas del mismo.
En la vía no-covalente, la molécula molde interacciona con los monómeros funcionales formando un agregado en el que predominan interacciones de tipo
enlace de hidrógeno, interacciones electroestáticas, enlaces de Van der Waals, etc. Los monómeros funcionales y de entrecruzamiento suelen ser de la misma naturaleza que los utilizados en la vía covalente. El proceso comienza con un ordenamiento de los monómeros funcionales alrededor de la molécula molde, en un disolvente adecuado, para producir un sistema pre-organizado cuya estructura se fija durante el entrecruzamiento, análogo al caso anterior. La extracción de la molécula no requiere ahora roturas de enlaces covalentes y puede llevarse a cabo por un proceso de extracción suave con un disolvente de características adecuadas.
Los inconvenientes de este tipo de polímeros son que se crean huecos menos específicos y que el disolvente compite con los monómeros funcionales en la interacción con la molécula molde. Sin embargo, la capacidad de reocupación de éstos oscila 80-90%; en este caso los puntos de unión se encuentran en zonas más accesibles.
Se encuentran en la literatura científica numerosas referencias a la modificación de electrodos con capas de polímeros de impronta molecular para su aplicación a la detección biomimética de diversos analitos (cfr. US6057377). En concreto, la modificación de electrodos con capas de polímero de impronta molecular como el polifenol (cfr. E. Granot y col, Advanced Functional Materials, 2008, 18, 478-484) capas acrílicas (cfr. M. C. Blanco-López y col., Analvtical and Bioanalvtical Chemistrv, 2004, 378, 1922-1928) o la poli-o- fenilenediamina (cfr. R. Z. Ouyang y col., Advanced Functional Materials, 2007, 17, 3223-3230) encuentran aplicación en la detección selectiva de diversas sustancias de interés biológico, como monosacáridos y neurotransmisores.
Especial interés tienen los electrodos modificados con sílice o sílices orgánicas que pueden ser impresos molecularmente. Las capas de sol-gel de sílice impresa suelen ser depositadas sobre el electrodo transductor mediante técnicas habituales (depósito por giro spin-coating, o por inmersión dip-
coating), partiendo de disoluciones precursoras (sol) que contienen la molécula molde y se dejan gelificar en su presencia.
El molde generalmente se extrae del interior de la capa mediante lavado con disolventes. Estas capas se han aplicado a la detección electroquímica de diversas especies (cfr. R. Gupta y A. Kumar, Biotechnology Advances, 2008, 26, 533-547). Detección selectiva de neurotransmisores: epinefrina o dopamina (cfr. C. W. Hsu y M. C. Yang, Sensors and Actuators B: Chemical, 2008, 134, 680-686; P. C. Pandey y B. C. Upadhyay, Talanta. 2005, 67, 997-1006; N. Gao y col., Electroanalysis, 2007, 19, 1655-1660), detección de aminoácidos (cfr. Z. Zhang y col., Analytical Biochemistry, 2005, 336, 108-116), detección de proteínas (cfr. Z. Zhang y col., Biosensors and Bioelectronics, 2006, 21 , 1244- 1251), detección enantioselectiva y reconocimiento quiral (S. Marx y D. Avnir, Accounts of Chemical Research, 2007, 40, 768-776; S. Fireman-Shoresh y col., Lanqmuir, 2005, 21 , 7842-7847).
El proceso de depósito y extracción del molde es clave para la obtención de una fase sensora altamente selectiva ya que la formación de agujeros o grietas producidos durante el procesado de la capa empeora sensiblemente la selectividad de la fase sensora.
En muchas ocasiones, el depósito de las capas de polímero se realiza por técnicas electroquímicas (electropolimerización). Este tipo de depósito permite obtener capas finas con un elevado control en su morfología y propiedades. Habitualmente, para realizar el depósito electroquímico de un polímero, se introduce un electrodo en una disolución precursora (de un monómero o mezcla de varios) y se aplica un potencial de oxidación. Los monómeros oxidados (en forma de radical-catión) se acoplan entre sí dando lugar a un polímero que se va depositando en la superficie del electrodo (reacción radicalaria). Polímeros conductores típicos preparados de esta forma son la polianilina, el polipirrol, el politiofeno, etc.
En un principio, los polímeros electroquímicamente generados de esta forma podrían ser considerados de gran interés para formar capas impresas molecularmente, sin más que introducir la molécula molde de interés en la disolución precursora, junto a los monómeros. Sin embargo, el hecho de que sea necesario aplicar un potencial elevado para oxidar el monómero (p. ej. +1.1 V/ENH, para la anilina) limita las moléculas molde utilizables ya que éstas deben tener un potencial de oxidación mayor que el propio monómero. Si esto no es así, la molécula molde se degradaría a los potenciales en los que se obtiene el polímero deseado.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos basado en un método de depósito electroasistido de capas de sílice impresas molecularmente sobre diversos electrodos. Estos electrodos biomiméticos se utilizan para la detección altamente selectiva de sustancias de interés ambiental, bioquímico y alimentario. En los ejemplos se demuestra cómo el depósito electroasistido de sílice en presencia de una molécula molde en la disolución precursora da lugar a la formación de una capa que actúa como filtro con elevada selectividad para la detección de la molécula de interés. Las capas de sol-gel impresas depositadas sobre electrodos aumentan la selectividad frente al analito de interés. El depósito electroasistido por reducción electroquímica se realiza en presencia de una molécula molde (que generalmente será el analito de interés o un análogo estructural). Se pueden optimizar fácilmente las propiedades de la capa mediante los potenciales de reducción, los tiempos empleados en el depósito, concentración de molécula molde, entre otros parámetros.
Una vez realizado el depósito se procede a la eliminación de la molécula molde, por ejemplo por degradación electroquímica o por lavado con disolventes. Al eliminar la molécula molde los poros de sílice quedan impresos a nivel molecular, lo que produce un material de carácter biomimético con una elevada especificidad y afinidad por la molécula de interés. Posteriormente, el analito será detectado amperométricamente sobre la superficie del electrodo tras atravesar los poros de material. Las ventajas del procedimiento de la invención vienen dadas por el elevado control en el depósito de la sílice cuando se realiza de forma electroasistida, permitiendo modular el espesor de dicha capa de sílice y la morfología de la misma, con lo que produce una capa altamente coherente y reproducible.
Por tanto, en un primer aspecto la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un electrodo biomimético (en adelante procedimiento de la invención) que comprende:
a) mezclar una disolución precursora de sílice con una disolución acuosa que contiene un electrolito soporte, la disolución final puede estar a un pH ácido o básico,
b) agitar la mezcla de la etapa (a) para producir la hidrólisis de los precursores
c) añadir a la mezcla obtenida en la etapa (b) una molécula molde, d) introducir un electrodo en la mezcla de la etapa (c) y aplicar a dicho electrodo un potencial eléctrico o una corriente eléctrica de reducción u oxidación, y
e) eliminar la molécula molde del electrodo modificado obtenido en la etapa (d).
En la presente invención, por "electrodos biomiméticos" se entiende a aquellos electrodos modificados con matrices sintetizadas y que han sido diseñados de tal forma que tienen la capacidad de reconocer e interaccionar de forma específica con determinados compuestos. Estos electrodos reproducen de
manera básica el mecanismo de reconocimiento de los sistemas biológicos (hormona-receptor, enzima-sustrato, antígeno-anticuerpo, etc.).
Para la fabricación del electrodo biomimético se prepara una disolución precursora de la sílice, esta disolución puede contener al menos un alcóxido de silicio o una mezcla de alcóxidos de silicio y, si fuera necesario la disolución precursora además contiene un alcohol.
En una realización preferida del procedimiento de la invención, en la etapa (a) el alcóxido de silicio se selecciona entre tetraetilortosilano (TEOS), tetrametoxisilano (TMOS) o combinación de los mismos. Más preferiblemente, el alcóxido de silicio es tetraetilortosilano.
En otra realización preferida de dicho procedimiento, en la etapa (a) el alcohol que se selecciona entre etanol, metanol, /'so-propanol, n-propanol, butanol o alcohol bencílico. Más preferiblemente, el alcohol es etanol.
A dicha disolución precursora de sílice se le adiciona una disolución acuosa con un electrolito soporte. Este electrolito soporte se utiliza para que proporcione conductividad a la disolución final y puede ser una sal inerte.
En otra realización preferida del procedimiento, dicho electrolito soporte es una sal que se selecciona de la lista que comprende KCI, NaCI, Na2S04, NaNÜ3 o cualquiera de sus combinaciones. Más preferiblemente, la sal es KCI. Dicho electrolito puede estar a una concentración de entre 0.001 y 3 M, más preferiblemente a una concentración de entre 0.1 y 1.0 M, más preferiblemente a una concentración de 0.5 M.
Esta disolución precursora junto con la disolución del electrolito soporte de la etapa (a) se acondiciona a un pH adecuado, para dar lugar a la hidrolizacion de los precursores de la sílice. Para que se produzca la hidrólisis de los precursores esta etapa debe estar catalizada por protones (es decir, a pH ácido) o bien por -OH (es decir, a un pH básico), sin embargo a pH neutro la
hidrólisis se produce muy lentamente o no se produce. Esta etapa de hidrólisis del procedimiento de la invención se produce mediante agitación (paso (b) del procedimiento de la invención). Una posterior reacción de condensación catalizada a un pH diferente al de la hidrólisis daría lugar a la gelificación de la matriz de sílice, como se describe a continuación en el paso (d) del procedimiento de la invención.
En otra realización preferida, en la etapa (a) la mezcla resultante se lleva a un valor de pH comprendido entre 0 y 7, para la hidrólisis del precursor en la etapa (b), empleando un ácido que se selecciona entre HCI, h S, H2SO4, CH3COOH, HCOOH, HOOC-COOH HCIO4, HN03 con una concentración entre 0.0001 y 2 M. Más preferiblemente, el ácido es HCI, con una concentración de 0.1 M.
Adicionalmente, en esta etapa (a) del procedimiento de la invención se puede añadir algún compuesto organoalcoxisilano para modificar las propiedades del material obtenido. Preferiblemente, un organoalcoxisilano que se selecciona de la lista que comprende metiltrietoxisilano, metiltrimetoxisilano, feniltrietoxisilano, viniltrietoxisilano o cualquiera de sus combinaciones. Tras la etapa de hidrólisis, esta disolución precursora se introduce en una célula electroquímica y se le añade una cantidad de la molécula molde de interés con la que se quiere imprimir la matriz de sílice, para poder ser detectada posteriormente. En la célula electroquímica se sumerge un electrodo de referencia y un electrodo auxiliar.
En una realización preferida del procedimiento de la invención, en la etapa (c) la molécula molde puede ser una hormona, un enzima, una proteína, un antígeno, un azúcar, en general cualquier molécula orgánica o metabolito biológicamente activo susceptibles de ser analizados, como por ejemplo pero sin limitara a dopamina, epinefrina, ácido úrico, glucosa colesterol o resveratrol, preferiblemente con una concentración entre 0.001 y 3 M. Más preferiblemente, la molécula molde es dopamina o glucosa, más preferiblemente aún la
concentración de la molécula molde está en una concentración de entre 0.05 y 1.5 M, más preferiblemente a 0.1 M.
El electrodo sobre el que se realiza el depósito actúa como electrodo de trabajo. Como electrodos de trabajo se pueden utilizar gran variedad de materiales, como por ejemplo pero sin limitarse a materiales carbonosos como carbono vitreo, grafito, diamante dopado con boro, electrodos modificados con nanotubos de carbono o electrodos metálicos como oro, plata, platino, acero, cobre, níquel, entre otros. Alternativamente, se puede utilizar electrodos serigrafiados, habitualmente de carbono, oro o platino, soportado en base cerámica o plástica. Más preferiblemente, el electrodo es carbono vitreo u oro.
Una vez adicionada la molécula molde y el electro de trabajo, se aplica un potencial eléctrico o una corriente eléctrica de reducción u oxidación sobre el electrodo de trabajo con el fin de que se produzca una reacción electroquímica como, por ejemplo, reducción u oxidación electroquímica de agua, reducción electroquímica de oxígeno disuelto, reducción de nitratos, entre otras reacciones conocidas por cualquier experto en la materia. Esto produce un cambio del pH local en el entorno del electrodo, produciéndose la deposición de matriz de sílice que contiene la molécula molde.
En una realización preferida de dicho procedimiento, en la etapa (d) para realizar el depósito electroasistido cuando se realiza de forma potenciostática se aplica un potencial eléctrico con un valor de entre +0.5 y -3.0 V frente a un electrodo normal de hidrógeno y más preferiblemente durante un tiempo de entre 5 s y 30 min.
Y en otra realización preferida del procedimiento, en la etapa (d) cuando se realizar el depósito galvanostático se aplica una densidad de corriente eléctrica con un valor de entre 0 y -100 mA cm"2 y más preferiblemente durante un tiempo de entre 5 s y 30 min.
En la presente invención, el "depósito electroasistido" se refiere a un proceso electroquímico en el que se usa una corriente eléctrica para reducir u oxidar especies disueltas en una solución acuosa que los contiene que no son las especies que se depositan, pero que propician la precipitación de otras moléculas o coloides presentes en la disolución sobre un objeto conductivo que será el cátodo o ánodo de la celda, creando un fino recubrimiento alrededor de éste con el material depositado por el cambio de pH.
Este cambio de pH produce una aceleración de los procesos de gelificacion por la rápida agregación de los coloides de sílice en la disolución precursora en el entorno del electrodo de trabajo. Estos coloides agregados se generan en la disolución que contiene la molécula molde atrapándola en su interior (Figura 1). Los coloides así formados se depositan sobre la superficie del electrodo. Al depositarse, la molécula molde queda atrapada en el interior de los poros la matriz de sílice.
Una vez depositada la capa de sílice se procede a eliminar la molécula molde. Para ello se puede introducir el electrodo modificado en un disolvente donde sea soluble la molécula molde o, alternativamente, se introduce el electrodo modificado en una célula electroquímica con una disolución acuosa con un electrolito soporte en ausencia de la molécula molde, y se procede a la degradación electroquímica de la molécula contenida en la capa (Figura 1). Este procedimiento libera los poros permitiendo la entrada posterior de nuevas moléculas objeto del análisis.
Por tanto, en una realización preferida del procedimiento de la invención, en la etapa (e) la eliminación de la molécula molde se realiza mediante extracción con un disolvente que se selecciona entre aquellos en los que sea soluble la molécula molde.
En otra realización preferida de dicho procedimiento, en la etapa (e) la eliminación de la molécula molde se realiza mediante extracción electroquímica
utilizando una disolución acuosa con un electrolito que se puede seleccionar entre KCI, NaCI, sales de sulfato, sales de nitrato, sales de fosfato, etc., más preferiblemente con una concentración entre 0.001 y 3 M, y aplicando un potencial eléctrico en el que se produzca la reacción de degradación electroquímica de la molécula molde. Más preferiblemente, el electrolito es KCI, con una concentración de 0.1 M, y se aplica un potencial eléctrico ciclando entre +0.2 y +1.0 V.
El hecho de forzar el paso de las moléculas presentes en la disolución a través de los poros específicos generados asegura la elevada selectividad del sensor electroquímico. La capa formada permite el paso sólo de la molécula molde empleada, impidiendo en gran medida el acceso de otras moléculas potencialmente interferentes hasta la superficie del electrodo (Figura 1.b). La mayor ventaja que presenta el método de depósito electroasistido para preparar fases sensoras sobre electrodos respecto de otros métodos convencionales (como spin-coating o dip-coating) está fundamentalmente relacionada con el control de la coherencia y porosidad de las capas. El principal problema que puede tener una capa sensora preparada mediante impresión molecular y depositada sobre un electrodo por las técnicas habituales es la presencia de agujeros (pinholes) que permitan el paso indiscriminado de especies desde la disolución hasta la superficie del electrodo, lo que interfiere en la detección del analito de interés.
El depósito electroasistido propuesto en la presente invención previene la formación de estos poros no controlados. Cuando se polariza el electrodo para realizar el deposito del material se generan líneas de corriente en la dirección normal a la superficie del electrodo (Figura 2.a). La velocidad de la reacción electroquímica, y por tanto del depósito electroasistido, es proporcional a la densidad de estas líneas de corriente.
La capa de sílice depositada es de carácter no conductor, lo que hace que en las zonas donde se deposita la sílice se inhiba parcialmente la reacción electroquímica. Las líneas de corriente se concentrarían, por tanto, en otras zonas desprovistas de depósito que son más conductoras (Figura 2.b), donde se produciría un aumento en la velocidad del depósito de sílice.
En el caso límite en que casi todo el electrodo estuviera recubierto de una capa de sílice excepto un pequeño agujero (Figura 2.c), todas las líneas de corriente se concentrarían en esa pequeña zona acelerando el depósito de sílice en ese punto. Por tanto, la propiedad fundamental en este proceso de deposito electroasistido de una capa no conductora es su capacidad de autocurarse, evitando la formación de agujeros, obteniéndose así una capa de elevada coherencia. Por tanto, en un segundo aspecto la presente invención se refiere a un electrodo biomimético obtenible por el procedimiento de la invención (en adelante electrodo biomimético de la invención), que comprende:
a) un electrodo y
b) un recubrimiento que comprende una capa de sílice impresa molecularmente.
Los electrodos así fabricados se utilizan para la detección electroquímica en muestras que contienen una concentración desconocida de la molécula de interés que se ha utilizado como molde. La capa de sílice impresa muestra gran afinidad por el analito de interés e impide el acceso de moléculas interferentes hacia la superficie del electrodo.
Por tanto, en un tercer aspecto la presente invención se refiere al uso del electrodo biomimético de la invención para la fabricación de un sensor amperométrico, voltamperométrico, impedimétrico o potenciométrico. Preferiblemente, el sensor es amperométrico.
Además, en un cuarto aspecto, la presente invención se refiere a un sensor (en adelante sensor de la invención) que comprende el electrodo biomimético de la invención.
Y en un último aspecto, la presente invención se refiere al uso del sensor de la invención para la detección electroquímica de la concentración de la molécula molde en una muestra. Preferiblemente, la detección electroquímica es amperométrica, voltamperométrica, impedimétrica o potenciométrica. Y más preferiblemente, la detección electroquímica es amperométrica. Tras el uso continuado del sensor, es posible que comience a perder efectividad por el colapso de los poros con la especie a determinar. El procedimiento de regeneración es muy sencillo y se basa en repetir el tratamiento de extracción de la molécula molde que se realizó tras la gelificación de la capa, bien limpieza con disolventes, o bien extracción electroquímica. De esta forma, los poros de la fase sensora se liberan para su posterior uso.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Fig. 1: a) muestra un esquema ilustrativo de una capa de sílice impresa depositada sobre un electrodo con la molécula molde atrapada en su interior. Tras el tratamiento de limpieza se consigue liberar los poros para que el analito pueda acceder a través de ellos hasta la superficie del electrodo; b) muestra
cómo una vez liberados los poros del material éste permite el paso de la molécula de interés evitando el acceso de interferentes hasta la superficie electródica. Fig. 2: muestra esquemáticamente las líneas de corriente generadas durante una reacción electroquímica y cómo el depósito electroasistido de la sílice modifica la distribución de estas líneas de corriente, promoviendo la formación de un depósito de sílice muy coherente y homogéneo. Fig. 3: muestra una micrografía obtenida en un microscopio electrónico de barrido donde se observa el depósito de sílice obtenido sobre un electrodo de carbono vitreo por reducción a -2.2 V/RHE en presencia de una molécula molde (dopamina). Fig. 4: muestra los voltamperogramas cíclicos obtenidos en una disolución acuosa tamponada a pH 7 de ácido ascórbico (AA) 0.5 mM y dopamina (DA) 0.5 mM (relación de concentraciones AA:DA 1 :1) a 100 mV s" . Cada curva corresponde a la respuesta de un electrodo diferente: a) Electrodo de Carbono vitreo; b) Electrodo modificado con una capa de sílice (NIP, potencial de depósito -2.5 V); c) Electrodo modificado con una capa de sílice impresa molecularmente con dopamina (MIP, potencial de depósito -2.5 V).
Fig. 5: muestra un diagrama de barras que cuantifica la selectividad de los distintos electrodos utilizados (GC, NIP y MIP) preparados a distintas condiciones de potencial de depósito, en el caso de los electrodos modificados con sílice. Tiempo de depósito 1 min.
Fig. 6: muestra los voltamperogramas cíclicos obtenidos en una disolución acuosa tamponada a pH 7 de ácido ascórbico 6 mM y dopamina 0.5 mM (relación 12:1) a 100 mV s"1. Cada curva corresponde a la respuesta de un electrodo diferente: GC Electrodo de Carbono vitreo; NIP Electrodo modificado
4
- 15 - con una capa de sílice; MIP Electrodo modificado con una capa de sílice impresa molecularmente con dopamina.
Fig. 7: muestra la respuesta amperométrica a +0.9 V de un electrodo modificado con sílice impresa con dopamina (electrodo MIP), al realizar adiciones sucesivas de dopamina en presencia de interferente, ácido ascórbico 0.05 M.
Fig. 8: muestra la respuesta amperométrica estabilizada a +0.9 V de un electrodo modificado con sílice impresa con dopamina (electrodo MIP) frente a la concentración de dopamina en presencia de interferente, ácido ascórbico 0.05 M (relación de concentraciones en torno a 200000:1).
Fig. 9: muestra la respuesta voltamétrica de un electrodo modificado con sílice impresa que ha sido utilizado en la detección de dopamina en una disolución KCI 0.1 M. Al realizar sucesivos barridos voltamétricos se observa la oxidación- degradación de la dopamina atrapada en los poros del material. Tras 10 ciclos voltamétricos los poros quedan liberados pudiendo reutilizarse el electrodo para la detección de dopamina.
EJEMPLOS
A continuación se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la especificidad y efectividad de los electrodos biomiméticos con aplicaciones en el desarrollo de sensores amperométricos altamente selectivos.
Ejemplo 1: determinación de dopamina Detección amperométrica de dopamina en presencia de interferente (ácido ascórbico).
La dopamina pertenece a la familia de las catecolaminas y tiene una función como neurotransmisor. Es además un intermedio metabólico de la conversión de la adrenalina en tirosina. Los niveles normales en sangre de dopamina se encuentran entre 0.01-1 mM. La presencia de niveles anormales se ha relacionado con procesos neurodegenerativos, como la enfermedad del Parkinson.
La detección electroquímica de esta sustancia suele estar interferida por la presencia del ácido ascórbico en los fluidos fisiológicos. El ácido ascórbico se oxida a potenciales parecidos a la dopamina pero la principal causa de interferencia es que está en concentraciones mucho mayores (relaciones de concentración de 100000:1).
Es por tanto necesario para tener una correcta determinación de dopamina en fluidos obtener fases sensoras de elevada selectividad. Se muestra a continuación en detalle el método de síntesis de un electrodo para la detección selectiva de dopamina.
Se prepara una disolución precursora de las capas de sílice con la siguiente composición: Se mezclan 6 mi de TEOS con 8.2 mi de etanol. A esta mezcla se le añaden 5.8 mi de una disolución acuosa de KCI 0.5 M + HCI 0.1 M. Esta disolución se agita bajo campo de ultrasonidos durante 15 minutos en un envase cerrado para que se produzca la hidrólisis del TEOS. La disolución precursora hidrolizada se introduce en una célula electroquímica y se añade la molécula molde, dopamina en este caso, hasta alcanzar una concentración 0.1 M. Como electrodo de referencia se emplea un electrodo reversible de hidrógeno (RHE) y el electrodo auxiliar o contraelectrodo es una espira de platino. El electrodo de trabajo sobre el que se realiza el depósito es un electrodo de carbono vitreo pulido que se introduce en la disolución.
Se aplica sobre este electrodo un potencial de reducción para que se dé la reacción de reducción del disolvente (generación de hidrógeno). Se realizó la optimización de la sílice impresa realizando depósitos de la misma a potenciales comprendidos entre -2.0 y -2.5 V, realizando depósitos de sílice durante distintos tiempos comprendidos entre 30 s y 2 min.
Tras formarse el depósito, el electrodo se extrae de la célula de gelificación para proceder a la extracción de la molécula molde. Para ello, se introduce el electrodo en otra célula electroquímica de limpieza que contiene una disolución acuosa 0.1 M KCI y se procede a oxidar voltamétricamente la dopamina contenida en los poros del material, ciclando entre +0.2 y +1.0 V. Tras 5 ciclos voltamétricos, la carga neta de oxidación es nula, lo que indica que toda la dopamina incluida en la capa ha sido efectivamente eliminada. Para obtener las mejores condiciones de depósito se probaron las distintas capas obtenidas sobre los electrodos de carbono vitreo en una disolución que contenía dopamina 0.5 mM y ácido ascórbico 0.5 mM (relación de concentraciones 1 :1) en una disolución acuosa a pH 7 (tampón fosfato). La Figura 4 muestra la respuesta voltamétrica de los distintos electrodos: Carbono vitreo desnudos (Figura 4.a) y electrodos modificados con capas de sílice (Figuras 4. b y 4. c).
Con el fin de atestiguar el efecto de la impresión molecular en la detección selectiva de la dopamina, se realizó un depósito de sílice en condiciones parecidas de potencial, en ausencia de la molécula molde, sílice no impresa (electrodo NIP, Figura 4.b) y en presencia de dopamina (MIP, Figura 4.c).
En el caso del electrodo de carbono vitreo se observa un pico de oxidación a +0.64 V correspondiente a la oxidación irreversible del ácido ascórbico. Este pico de oxidación se solapa parcialmente con el pico de oxidación de la dopamina a +0.83 V, por lo que interfiere la correcta determinación amperométrica de esta especie. Cuando se emplean electrodos recubiertos de
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- 18 - una capa de sílice se obtienen picos de oxidación mejor definidos en el caso del electrodo NIP y una inhibición parcial del proceso de oxidación del ascórbico con el electrodo MIP. La selectividad de la detección amperométrica se ha definido en nuestro caso como la relación de corrientes de oxidación de dopamina (pico en torno a 0.8 V) y de ácido ascórbico (pico en torno a 0.6 V), siendo tanto mejor la selectividad cuanto mayor sea este parámetro. La Figura 5 muestra los valores de selectividad obtenidos para distintas capas preparadas a distintos potenciales.
Se observan bajos valores de selectividad (en torno a 1 ) parta los electrodos de carbono vitreo, como cabía esperar. Se observan valores algo mayores de selectividad (en torno a 2) para los electrodos modificados con sílice no impresa (NIP). Sin embargo, los electrodos que presentan mejores valores de selectividad son los de sílice impresa molecularmente (MIP). En concreto las condiciones de depósito óptimas son un potencial de -2.2 V durante 1 min (Figura 5). La Figura 6 muestra la respuesta voltamperométrica de una disolución que contiene dopamina 0.5 mM y ácido ascórbico 6 mM en una disolución acuosa a pH 7 (tampón fosfato). Los electrodos empleados fueron carbono vitreo pulido (GC) y los electrodos NIP y MIP optimizados. En el caso del electrodo de carbono vitreo se observa un pico de oxidación a +0.63 V correspondiente a la oxidación irreversible del ácido ascórbico. Este pico de oxidación se solapa con el pico de oxidación de la dopamina a +0.82 V por lo que interfiere la correcta determinación amperométrica de esta especie. Cuando se emplea un electrodo recubierto de una capa de sílice no impresa (electrodo NIP) se definen algo mejor los picos de oxidación de ambas especies pero la corriente de oxidación del ácido ascórbico tiene una intensidad similar a la obtenida con el electrodo de carbono vitreo, lo que indica que esta
capa no impide el acceso del interferente a la superficie del elemento transductor. Cuando se realiza la medida con el electrodo impreso se observa que la corriente relacionada a la presencia de ácido ascórbico en disolución prácticamente desaparece pero se mantiene el pico relativo a la oxidación de dopamina. Este resultado indica que el depósito de sílice impresa actúa como filtro altamente selectivo que impide el acceso de la molécula- interferente a la superficie del transductor, permitiendo, por el contrario, el paso a las moléculas de dopamina. Se realizó la detección amperométrica de la dopamina en presencia de interferente, ácido ascórbico en concentración 0.05 . El electrodo se polariza a un potencial de +0.9 V, potencial al que se produce tanto la oxidación de la dopamina como la del ácido ascórbico sobre los electrodos de carbono vitreo pulido.
La respuesta del electrodo MIP se muestra en la Figura 7. Inicialmente la concentración de dopamina es 0 y al ir adicionando se observa un incremento proporcional de la corriente medida. Sin embargo, si se adiciona más ácido ascórbico en la disolución (10 μΜ) no se observan cambios en la corriente.
La Figura 8 muestra cómo la respuesta del sensor es adecuada para el intervalo de concentraciones comprendido entre 100-800 nM en presencia de ácido ascórbico 0.05 M. La relación de concentración Dopamina : Ácido ascórbico en estas medidas está en torno a .200000, lo que son condiciones similares o incluso más exigentes a las que se encuentra habitualmente en fluidos fisiológicos.
El sensor tras un número de usos pierde efectividad y es necesario regenerarlo. Para ello se introduce el electrodo en la célula electroquímica de limpieza que contiene una disolución acuosa 0.1 M KCI. Tras aplicar 5 barridos voltamétricos entre +0.2 y +1.0 V se recupera la respuesta inicial del sensor (Figura 9).
Claims
1. Procedimiento de fabricación de un electrodo biomimético que comprende: a) mezclar una disolución precursora de sílice con una disolución acuosa que contiene un electrolito soporte, a un pH ácido o básico, b) agitar la mezcla de la etapa (a),
c) añadir a la mezcla obtenida en la etapa (b) una molécula molde, d) introducir un electrodo en la mezcla de la etapa (c) y aplicar a dicho electrodo un potencial eléctrico o una corriente eléctrica y e) eliminar la molécula molde del electrodo modificado obtenido en la etapa (d).
2. Procedimiento según la reivindicación 1 , donde en la etapa (a) la disolución precursora de sílice contiene un alcóxido de silicio.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde el alcóxido de silicio se selecciona entre tetraetilortosilano, tetrametoxisilano o combinación de los mismos.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, donde el alcóxido de silicio es tetraetilortosilano.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la disolución precursora además contiene un alcohol.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, donde el alcohol se selecciona entre etanol, metanol, /so-propanol, n-propanol, butanol o alcohol bencílico.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde el alcohol es etanol.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde en la etapa (a) el electrolito soporte es una sal.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, donde la sal se selecciona de la lista que comprende KCI, NaCI, Na2S04, NaNO3 o cualquiera de sus combinaciones.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el electrolito soporte se encuentra a una concentración de entre 0.001 y 3 M.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la mezcla de la etapa (a) tiene un valor de pH de entre 0 y 7 empleando un ácido.
12. Procedimiento según la reivindicación 11 , donde el ácido se selecciona de la lista que comprende HCI, H2S, H2S04, CH3COOH, HCOOH, HOOC- 
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde en la etapa (c) la molécula molde se selecciona de la lista que comprende dopamina, epinefrina, ácido úrico, glucosa, colesterol o resveratrol.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, donde la molécula molde es dopamina o glucosa.
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, donde la molécula molde se encuentra a una concentración de entre 0.001 y 3 M.
16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, donde en la etapa (d) el electrodo se selecciona de la lista que comprende carbono vitreo, grafito, diamante dopado con boro, electrodo modificado con nanotubos de carbono, electrodo metálico o electrodo serigrafiado de carbono, oro o platino soportado en base cerámica o plástica.
17. Procedimiento según la reivindicación 16, donde el electrodo es carbono vitreo u oro.
18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde en la etapa (d) el potencial eléctrico a aplicar es de entre +0.5 y -3.0 V frente a un electrodo normal de hidrógeno.
19. Procedimiento según la reivindicación 18, donde el potencial se aplica durante un tiempo de entre entre 5 s y 30 min.
20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde en la etapa (d) la corriente eléctrica de reducción a aplicar tiene un valor de entre 0 y -100 mA cm *
21. Procedimiento según la reivindicación 20, donde la corriente eléctrica se aplica durante un tiempo de entre entre 5 s y 30 min.
22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde en la etapa (e) la eliminación de la molécula molde se realiza mediante extracción con un disolvente.
23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 , donde en la etapa (e) la eliminación de la molécula molde se realiza mediante extracción electroquímica.
24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, donde en la etapa (a) además se añade un compuesto organoalcoxisilano que se selecciona de la lista que comprende metiltrietoxisilano, metiltrimetoxisilano, feniltrietoxisilano, viniltrietoxisilano o cualquiera de sus combinaciones.
25. Electrodo biomimético obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24.
26. Uso del electrodo biomimético según la reivindicación 25 para la fabricación de un sensor amperométrico, voltamperométrico, impedimétrico o potenciométrico.
27. Uso según la reivindicación 26, donde el sensor es amperométrico.
28. Sensor que comprende el electrodo biomimético según la reivindicación 25.
29. Uso del sensor según la reivindicación 28 para la detección electroquímica de la molécula molde en una muestra.
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| ESP200930727 | 2009-09-23 | ||
| ES200930727A ES2356220B1 (es) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Procedimiento de fabricación de electrodos biomiméticos y sus usos como sensores amperométricos. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| WO2011036319A1 true WO2011036319A1 (es) | 2011-03-31 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635168A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-31 | 中国矿业大学 | 一种抗老化电解液添加剂、锂离子电池电解液及锂离子电池 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008038293A2 (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-03 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Electrochemical co-deposition of sol-gel films |
| WO2008104992A1 (en) * | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Council Of Scientific & Industrial Research | A novel potentiometric cholesterol sensor for the quantitative estimation of total cholesterol in human blood serum |
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-
2010
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008038293A2 (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-03 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Electrochemical co-deposition of sol-gel films |
| WO2008104992A1 (en) * | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Council Of Scientific & Industrial Research | A novel potentiometric cholesterol sensor for the quantitative estimation of total cholesterol in human blood serum |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ATTA N.F. ET AL: "Smart electrochemical sensor for some neurotransmitters using imprinted sol-gel films", TALANTA, vol. 80, 2009, pages 511 - 518 * |
| LING T.-R. ET AL: "Size-selective recognition of catecholamines by molecular imprinting on silica-alumina gel", BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS, vol. 21, 2005, pages 901 - 907 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635168A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-31 | 中国矿业大学 | 一种抗老化电解液添加剂、锂离子电池电解液及锂离子电池 |
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