UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

En una primera parte de esta tesis se desarrolló un nuevo electrodo a base de pasta de grafito-epoxi composite (GECE), con nitrato de bismuto [Bi(NO₃)₃] como precursor de bismuto incorporado [Bi(NO₃)₃-GECE)], como una posible alternativa para el análisis electroquímico por redisolución de trazas de metales pesados (Ver Figura 1).

Se llevaron a cabo medidas individuales y simultáneas de Pb y Cd y los resultados obtenidos mostraron claramente las ventajas del [Bi(NO3)3-GECE] en combinación con la técnica de voltamperometría de redisolución anódica de onda cuadrada (SWASV) para la detección de metales pesados. Con el uso del [Bi(NO3)3-GECE] construido se pueden realizar análisis rápidos y eficaces de iones de trazas de metales tales como Pb y Cd entre otros, en muestras ambientales de suelo, aguas naturales y aguas residuales. La ventaja inherente de la no necesidad de mercurio elimina muchas de las objeciones para el uso de métodos electroquímicos en la detección de tales especies en estos medios. La superficie del electrodo se puede pulir después de cada medida y es posible usarla en otras medidas con los mismos resultados eficientes, ya que el electrodo es muy robusto.

Comparando el [Bi(NO₃)₃-GECE)] con el electrodo de película de mercurio comúnmente usado y el electrodo de película de bismuto desarrollado antes por nuestro grupo, el nuevo electrodo propuesto ofrece un notable funcionamiento en el análisis de metales pesados en cantidades traza, que puede ser de gran ventaja en electroquímica, contribuyendo a una aplicabilidad más amplia de técnicas electroquímicas por redisolución relacionadas con electrodos "sin mercurio".

Además de sus potenciales aplicaciones ambientales, el electrodo desarrollado tendría interés especial para la detección de puntos cuánticos (QDs) basados en metales pesados. Tales aplicaciones están actualmente en proceso de estudio en nuestro grupo de investigación para la detección de ADN.

El resto de la tesis se dedica al desarrollo de nuevos sensores de ADN y proteínas, basados en la misma técnica electroquímica de redisolución, y en el uso de nanopartículas de oro (AuNPs) como marcas.

Hoy en día, la detección electroquímica de secuencias de ADN específicas a través del evento de hibridación ha permitido proponer diversas estrategias en este sentido. En esta tesis doctoral se han desarrollado también genosensores electroquímicos de afinidad, basados en el marcaje con marcaje con AuNPs, y en el uso de partículas paramagnéticas (MB) como plataforma para la inmovilización de la sonda de ADN de captura.

El objetivo de estos desarrollos es demostrar la inducción magnética eficaz de un nuevo electrodo de grafito-epoxi composite-magnético (M-GECE), construido también con pasta de grafito-epoxi composite que lleva un pequeño imán de neodimio integrado. Ver Figura 2-A.  Además de la ventaja de su uso como plataforma de captura, las MB se pueden separar de otras especies simplemente aplicando una fuerza magnética durante un tiempo muy corto (~30 s), en contraste con procesos de bioseparación convencionales (por lo general horas) como la cromatografía y la centrifugación.

Todos los ensayos para la detección electroquímica de la hibridación del ADN desarrollados en esta tesis se basaron en la detección directa de las AuNPs usadas como marca por medio de la técnica de voltamperometría de pulso diferencial (DPV) usando el M-GECE. En esta técnica la intensidad de la corriente de la señal generada es directamente proporcional a la cantidad de ADN en la muestra

Como también se ha demostrado con el sensor de ADN asistido magnéticamente, ADN complementario (analito) condujo a una señal muy bien definida, mientras que para el ADN no complementario no se percibió ninguna señal. Por otra parte, el genosensor también permite la identificación de entre uno y tres errores en la secuencia de bases del ADN analizado.

Se desarrolló además un nuevo inmunoensayo electroquímico sensible, basado también en AuNPs como marca y MB como plataforma. El método se evaluó en un inmunoensayo heterogéneo no competitivo de una inmunoglobulina (IgG) humana como proteína modelo. La detección electroquímica se llevó a cabo en la misma forma que para el ADN (ver Figura 2-B)

Durante el desarrollo de esta tesis se ha demostrado que el uso de MB ofrece ventajas sin precedentes a este respecto, porque son suficientemente robustas y se pueden lavar repetidamente en condiciones moderadamente rigurosas, lo cual les otorga la capacidad de remover eficazmente especies no específicas que pudieran afectar la respuesta del sensor.
         
La detección electroquímica de marcas de AuNPs en biosensores de afinidad, mediante métodos de redisolución, facilita el estudio detallado de la hibridación de ADN, así como también las inmuno-reacciones con interés en aplicaciones relacionadas con genosensores o inmunosensores.

Los métodos electroquímicos usados para la detección de AuNPs usadas como marca pueden ser muy prometedores, tomando en cuenta su alta sensibilidad, límite de detección bajo, selectividad, simplicidad, bajo coste, y la disponibilidad de instrumentos portátiles.

La tesis concluye que las estrategias de análisis electroquímico de ADN y proteínas fueron demostradas con éxito y, debido a los resultados prometedores, su uso en muestras reales es viable. El trabajo señala además que los biosensores de ADN e inmunosensores dan lugar a un enorme potencial de aplicación, principalmente para el diagnóstico clínico y para el monitoreo ambiental, entre otros campos.

Figura 2. Representaciones esquemáticas (no en escala) de A) el sistema modelo y protocolo analítico para hibridación y detección electroquímica de ADN y B) el sistema sandwich para detección electroquímica de proteina. Ambos sistemas están basados en el uso de nanopartículas de oro.