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Título
Desarrollo de un sensor voltamétrico basado en ftalocianinas sustituidas y estudio del efecto superficial electroquímico con AFM in situ
Autor
Director o Tutor
Año del Documento
2020
Titulación
Máster en Nanociencia y Nanotecnología Molecular
Résumé
Se ha desarrollado un biosensor electroquímico para la detección de galactosa
mediante la modificación de electrodos de ITO (óxido de estaño e indio) con
películas nanoestructuradas de ftalocianinas de hierro sustituidas con cuatro
grupos carboxilo (TCFePc). Para ello se ha empleado la técnica de Langmuir-
Blodgett, que proporciona un entorno biomimético para mejorar la actividad
enzimática.
Con este biosensor se busca aprovechar tanto el carácter electrocatalítico de
las ftalocianinas como la presencia de grupos carboxy, que permite una inmovilización
más eficiente de la enzima galactosa oxidasa (GaOx), además
de aportar un entorno biomimético donde las reacciones enzimáticas vean
maximizada su eficiencia. Una vez preparados, los biosensores se han caracterizado
con espectroscopía ultravioleta visible (UV-Vis), espectroscopía de
infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) y microscopía de fuerza atómica
(AFM), que han demostrado la correcta organización de las películas
sobre el sustrato y la presencia de orden molecular sobre la superficie.
Una vez caracterizadas, las películas se han utilizado como sensores para la
detección de galactosa, y se ha estudiado la selectividad del biosensor respecto
a galactosa mediante voltametría cíclica, utilizando una celda electroquímica
integrada en el AFM. Se trata de una técnica muy novedosa en el campo
de los sensores electroquímicos, que ha sido puesta a punto durante esta
investigación,y que ha permitido el estudio de los efectos superficiales de las
reacciones electroquímicas sobre la superficie del biosensor.
La electroquímica in situ con AFM mostró que las reacciones electroquímicas
superficiales producen nucleación de estructuras sobre la superficie del
biosensor cuyo ritmo de crecimiento aumenta con el número de ciclos de
voltametría aplicados. Por otro lado, se comprobó la eficiencia de la inmovilización
de la enzima sobre el sensor, que se ve mejorada respecto al ITO
debido a las interacciones atractivas entre las TCFePc y la GaOx, manteniendo
la enzima inmovilizada sobre el biosensor sin que haya un deterioro
apreciable durante un número creciente de ciclos. La pérdida de actividad
enzimática tras un número lo suficientemente grande de ciclos se debe entonces
al crecimiento de estructuras sobre la superficie que actúan como centros
de nucleación y no a la desorción de la enzima de la superficie del biosensor. etection of galactose has been developed. The Langmuir-Blodgett technique
was employed to transfer Tetra-Carboxy Iron Phthalocyanines (TCFePcs)
monolayers on the surface of ITO substrate. The fabricated thin films provide
a biocompatible environment where the immobilized enzyme (galactose
oxidase) can maximize the enzimatic activity.
The designed biosensor is thought to implement the electrocatalytic effect of
phthalocyanines along with the carboxy groups that enhance the immobilization
of the enzyme over the electrode surface, while allowing the enzyme to
work more efficiently in a biomimetic environment. The structural characterization
of the thin films was made through UVVis and FTIR spectroscopies,
and AFM imaging. The characterization proved that after the deposition of
the films there is an ordered molecular orgnization on the surface.
The selectivity of the biosensor was determined through cyclic voltammetry
performed in an electrochemical cell integrated in the AFM. Electrochemical
AFM is a highly innovative technique in the field of electrochemical sensors,
which has been developed in the AFM equipment during this research, and
allowed to perform a deeper study of the effects that electrochemical reactions
have on the surface of the electrode.
Electrochemical in situ AFM was performed and showed that electrochemical
reactions on the surface give rise to nucleated structures that see their
nucleation rate increased with and increasing number of voltammetry cycles.
The immobilization of the enzyme on the surface was tested, resulting in an
enhanced immobilization due to the attractive interactions between the carboxy
groups of the TCFePcs and the amino groups present in the enzyme.
The GaOx was still strongly attached to the surface after ten voltammetry
cycles, so the decrease in the enzymatic activity after a sufficiently high number
of cycles can be associated to the growth of nucleated structures and not
to enzyme desorption off the surface.
Palabras Clave
Electroquímica
AFM
Ftalocianinas
Departamento
Departamento de Química Física y Química Inorgánica
Idioma
spa
Derechos
openAccess
Aparece en las colecciones
- Trabajos Fin de Máster UVa [6334]
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