Materiales nanoestructurados de última generación para la detección óptica y el reconocimiento selectivo de moléculas de interés biológico y ambiental

Resumen

En esta memoria se presentan los resultados obtenidos durante la realización de la tesis doctoral titulada "Materiales nanoestructurados de última generación para la detección óptica y el reconocimiento selectivo de moléculas de interés biológico y ambiental". Se ha estructurado en dos partes: una introducción que recoge información sobre Nanociencia y Nanotecnología Analíticas y de cómo se pueden aplicar estas áreas a la síntesis de nuevos materiales que permitan reconocer, de forma selectiva, analitos de interés biológico y ambiental. Asimismo, y ya que la mayor parte del desarrollo de esta tesis se ha basado en el uso de sensores ópticos, está recogida un descripción sobre las diferentes modalidades en el diseño de este tipo de dispositivos y, de una forma más detallada, las diferentes vías, técnicas y conocimientos necesarios para llevar a cabo el diseño y síntesis de nuevos materiales y cómo pueden ser implementados como fases sensoras ópticas o como materiales adsorbentes para el reconocimiento molecular selectivo en el campo de las técnicas separativas; y una segunda parte, denominada parte experimental, donde se muestra la aplicación de los materiales descritos en la introducción para la resolución de diferentes problemas analíticos. Esta parte a su vez se divide en cuatro bloques y cada bloque está compuesto por uno o más capítulos (en total siete) donde se recogen los resultados experimentales obtenidos. En el primer capítulo se describe el desarrollo de un test rápido y sencillo de screening para la detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) de una forma fiable y con bajo coste en aguas de la Antártida. Para ello utilizamos un optosensor desarrollado por nuestro grupo de investigación que permite la detección fluorimétrica de benzo(a)pireno (BaP) (indicador de la presencia de otros HAPs) con un límite de detección de 3 ng l-1. Tras llevar a cabo una puesta a punto del método, utilizando aguas dopadas artificialmente con BaP, posteriormente se ha aplicado a aguas procedentes de diferentes puntos de la región antártica, detectando de forma exitosa los niveles de HAPs en las diferentes zonas chequeadas. El segundo capítulo se centra en la síntesis de un polímero de impronta molecular (MIP) mediante la técnica de polimerización en disolución, que permita la detección y cuantificación por fluorescencia de 1-naftilamina (1-NA) y 2-naftilamina (2-NA) en aguas de consumo humano. El MIP ha sido caracterizado por diferentes metodologías para evaluar su capacidad de reconocimiento molecular, tras lo cual ha sido implementado como fase sensora en un optosensor convencional. La imposibilidad en la cuantificación individualizada de 1-NA y 2-NA se ha solventado mediante la cuantificación conjunta de ambos analitos. El tercer capítulo versa sobre el empleo de técnicas quimiométricas para aumentar la potencialidad del optosensor diseñado en el capítulo anterior y así poder resolver algunos problemas identificados en dicho capítulo. Se ha realizado en colaboración con el Dpto. de Química Analítica de la Universidad de Rosario (Argentina). De esta forma, mediante el empleo de la quimiometría, se han logrado dos objetivos muy importantes: por un lado, se ha podido detectar y cuantificar individualmente 1-NA y 2-NA en mezclas de ambas, y por otro, ha sido posible la cuantificación individual de ambas especies, incluso en presencia del principal interferente identificado en el capítulo anterior. El cuarto capítulo trata de la síntesis de un MIP magnético mediante polimerización por precipitación. Este MIP ha sido diseñado en base a los conocimientos adquiridos en los dos capítulos anteriores, para poder detectar selectivamente 1-NA en aguas de consumo humano con un límite de detección de 18 ng l-1. La síntesis novedosa de este material permite obtener unas estructura final microparticulada, en la que en el MIP se encuentra formando una capa externa para el reconocimiento selectivo, mientras que el interior está formado por nanopartículas híbridas super-paramagnéticas. En este trabajo se pone de manifiesto la importancia que tiene una estructura bien organizada en el diseño de MIP magnéticos con propiedades adecuadas para ser utilizado como fase sensora óptica. En el quinto capítulo se describe la síntesis por polimerización por precipitación de un MIP para la extracción selectiva del antioxidante ácido caféico. El material final, en forma de microesferas con una gran monodispersidad, ha sido evaluado mediante su uso como relleno en columnas HPLC, permitiendo la extracción de ácido caféico procedente de zumo de manzana de forma selectiva, sencilla, rápida y con bajo coste. La parte experimental de este capítulo se realizó durante una estancia en la Universidad de Strathclyde, Glasgow, R. Unido. El sexto capítulo es una revisión bibliográfica, en forma de "highlight", en el que se recopila la investigación que ha sido desarrollada, durante los últimos años, por nuestro grupo de investigación en el desarrollo de fases sensoras basadas en la deposición de complejos de FePc sobre soportes nanoestructurados de óxidos metálicos, para la detección óptica de NO2 y CO. El séptimo capítulo está enfocado a la síntesis de nuevos complejos octaédricos de FePc modificando la naturaleza de los ligandos que pueden unir. La síntesis y caracterización estructural de los nuevos complejos se ha llevado a cabo en colaboración con el Departamento de Química de la Universidad de Almería. Los nuevos complejos de FePc fueron depositados sobre nanoestructuras de óxidos metálicos permitiendo detectar ópticamente y de forma exitosa, bajo niveles de NO2 en aire. Además se ha mejorado tanto sensibilidad, como estabilidad térmica y temporal, con respecto a todos los resultados publicados con anterioridad.