Generación de películas nanoestructuradas Langmuir-Blodgett y su uso como sensores electroquímicos

Abstract

La necesidad de reducir las dimensiones físicas y mejorar la especificidad química de los dispositivos utilizados en electrónica molecular ha impulsado el uso de la nanotecnología en este tipo de dispositivos. Una de las posibilidades más interesantes es la utilización de películas delgadas. La técnica Langmuir Blodgett (LB) permite generar películas nanoestructuradas que facilitan la transferencia electrónica, incrementando la intensidad de las señales electroquímicas. Se ha demostrado que la modificación de la superficie de sensores electroquímicos con elementos electrocatalíticos y/o conductores como nanomateriales o ftalocianinas pueden mejorar la sensibilidad del sensor hacia ciertos compuestos. Por ello, el diseño de sistemas híbridos que combinen diferentes materiales se ha convertido en una poderosa herramienta para el desarrollo de nuevos sensores electroquímicos más eficientes. Las ftalocianinas presentan la capacidad de actuar como mediadores electrónicos en sensores voltamétricos, mejorando la transferencia electrónica entre el analito y la superficie del sensor. Por otro lado, las enzimas destacan por ser empleadas para la generación de biosensores, aportando selectividad y especificidad hacia determinados compuestos. En este trabajo, se lleva a cabo la generación de películas LB compuestas por galactosa oxidasa (GaOx), bisftalocianina de gadolinio (GdPc2) y ácido araquídico (AA) con el fin de combinar las propiedades de cada uno de estos componentes. Las películas nanoestructuradas se depositaron posteriormente sobre sustratos de óxido de indio y estaño (ITO) para evaluar su comportamiento electroquímico mediante voltametría cíclica. La caracterización de las capas LB se realizó a través del análisis de la isoterma de presión superficial-área (isoterma π-A) y el uso de microscopía de fuerza atómica (AFM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopía UV-Visible. Las películas LB depositadas fueron empleadas como sensores con el fin de analizar su respuesta electroquímica hacia galactosa. El incremento en la intensidad en los picos de los voltamogramas permitió calcular el límite de detección (LOD) y analizar la cinética de la reacción, resaltando los beneficios del método Langmuir Blodgett para la generación de películas nanoestructuradas.

The need to reduce the physical dimensions and improve the chemical specificity of the devices used in molecular electronics has driven the use of nanotechnology in this type of devices. The Langmuir Blodgett (LB) technique allows generating nanostructured layers that facilitate electronic transfer, giving rise to an increase in the intensity of electrochemical signals. It has been demonstrated that the modification of electrochemical sensors surfaces with electrocatalytic and/or conductive elements such as nanomaterials or phthalocyanines can improve the sensitivity of the sensor towards certain compounds. For this reason, the design of hybrid systems combining different materials has become an interesting tool for the development of new and more efficient electrochemical sensors. Phthalocyanines present the ability to act as electronic mediators in voltammetric sensors by improving the electronic transfer between the analyte and the sensor surface. On the other hand, the use of enzymes stands out for being applied in the generation of biosensors, in order to add selectivity and specificity towards specific compounds. In this work, the production of LB monolayers composed of galactose oxidase (GaOx), gadolinium bis-phthalocyanines (GdPc2) and arachidic acid (AA) is carried out in order to combine the different properties of each component. The nanostructured films were subsequently deposited on indium tin oxide (ITO) substrates to assess the electrochemical behavior of the LB layer by voltammetry. The characterization of the LB layers was carried out through the analysis of the surface pressure-area isotherms (π-A isotherms), atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and UV-Visible spectroscopy. The deposited LB films were used as voltammetric sensors to test their electrochemical response towards galactose. The intensity enhancement on the voltammograms’ peaks allowed to calculate the limit of detection (LOD) and the kinetics of the reaction, which allows us to observe the benefits of the Langmuir-Blodgett method to create ordered nanostructured thin films.