Biosensores

Electrodeposición de Partículas de Cobre Sobre Una Película de NTC-Pectina en Un Electrodo para Determinar H2O2

Martínez Cartagena M. E.; Sandoval Cortes, J.

Departamento de Electroquímicade la Facultad de Ciencias Químicas

Universidad Autónoma de Coahuila

RESUMEN

Se estudió la electrodeposición de cobre sobre un electrodo modificado con una película de NTC-Pectina por voltamperometría cíclica y cronoamperometría. Los transitorios de corriente a diferentes tiempos y potenciales muestran un proceso de nucleación instantánea con crecimiento tridimensional hemisférico. El cobre se deposita electroquímicamente sobre los electrodos modificados con NTC-Pectina a un potencial de -0.3 V vs Ag/AgCl. Esto lleva a catalizar eficientemente la reducción del peróxido de hidrogeno de una solución 10 mM, prefiriendo un electrodo de trabajo de CV debido a una interacción mas favorable de los modificadores implicados.

Palabras clave:NTC-Pectina, H2O2, Electrodo Modificado, Electrodeposición.

INTRODUCCIÓN

Los dispositivos de reconocimiento molecular (Molecular RecognitionDevices, MRD) como los sensores y los biosensores tienen una gran aplicación potencial en la investigación clínica, biomédica y ambiental. La incorporación de partículas metálicas de tamaño nanométrico o nanopartículas metálicas (Metal Nanoparticles, MNP) en la construcción de MRD1 puede mejorar sustancialmente su eficiencia y rendimiento. Sin embargo, las MNP pueden ser tan inestables que si sus superficies se tocan, pueden fundirse conjuntamente, perdiendo así su forma y tamaño y, en consecuencia sus interesantes propiedades. El desarrollo de nanopartículas metálicas estabilizadas en polímeros (Polymer-Stabilized Metal Nanoparticles, PSMNP) es una de las soluciones más alentadoras para solventar el problema de la estabilidad, mediante la inmovilización física de agentes extractantes o quelatantes selectivos a iones metálicos dentro del polímero. Esta última metodología es conocida como técnica de los reactivos incorporados en fase sólida (Solid-Phase-Phase Incorporated Reagents, SPHINER). Con esto se obtiene una matriz polimérica capaz de fijar químicamente los iones metálicos Esta inmovilización de los iones metálicos precursores tiene lugar antes de su reducción química que resulta finalmente en la formación de PSMNP en el seno de la matriz polimérica. Después de la reducción, los grupos funcionales del reactivo SPHINER2 o los del polímero funcionalizado están nuevamente en condiciones para realizar un segundo ciclo de carga del metal. Esto permite tanto la incorporación de una cantidad superior de metal en forma de nanopartículas si se realizan ciclos sucesivos de carga-reducción con el mismo metal o bien, lo que resulta sumamente interesante, puede variarse el segundo (o sucesivos) ion metálico para obtener PSMNP con diferente composición y diferente arquitectura.

Una alternativa para generar la matriz polimérica son las dispersiones de nanotubos en un polímero. Los NTC poseen alta flexibilidad, baja densidad y en ocasiones son más fuertes que el acero

Las propiedades de los nanotubos de carbono varían notablemente según su síntesis. Pero en cualquier caso, son cilindros largos de una malla de grafeno. Los hay de pared sencilla (SWNT) y múltiple (MWNT), en los que cada capa esta separada aproximadamente de 0.34 nanómetros. La quiralidad de los nanotubos tiene un impacto significativo en las propiedades eléctricas, dando origen a caracteres metálicos o semiconductor. El método de dispersión de los nanotubos es vital para el desarrollo de un compuesto porque los nanotubos no son solubles en los polímeros y tienden a formar conglomerados.El mezclado de nanotubos en una solución polimérica es el método más común para fabricar nanocompuestos. Requiere tres etapas: dispersar los nanotubos en un solvente, mezclar este conjunto con el polímero y generar el compuesto por precipitación o formación de películas.

El uso de pectinas como agente dispersor de NTC se debe a que son un tipo de heteropolisacáridos, una mezcla de polímeros ácidos y neutros muy ramificados. En presencia de agua forman geles. Las pectinas también proporcionan superficies cargadas que regulan el pH y el balance iónico. Las pectinas tienen tres dominios principales: homogalacturonanos, ramnogalacturonano I, ramnogalacturonano II. Debido a estas propiedades pueden formar películas poliméricas que soporten a los nanotubos y en consecuencia; esta matriz polimerica estabilice las partículas metálicas atrapadas después de la electrodeposición.

Dentro de los electrodos enzimáticos el mayor número de biosensores desarrollados corresponde sin lugar a dudas a los que se basan en la inmovilización de glucosa oxidasa, la cual oxida a la glucosa generando ácido gluconico y peróxido de hidrogeno, dada la alta estabilidad de esta enzima y la gran utilidad de estos sensores en el mercado de los análisis de glucosa en sangre. La glucosa oxidasa no transfiere electrones directamente a electrodos convencionales, debido a que una gruesa capa proteica rodea su centro FAD, hecho bastante común entre las flavoproteinas. Dicha capa introduce una separación espacial en la pareja dador/aceptor de electrones y, por lo tanto, existe una barrera intrínseca a la transferencia de electrones. Por ello, la minimización de esa distancia es crucial para asegurar un funcionamiento óptimo de esta enzima cuando se trabaja con biosensores amperométricos3.

La glucosa al oxidarse en presencia de la enzima glucosaoxidasa4 genera H2O2 como residuo, la oxidación de la glucosa por esta enzima ofrece alta selectividad, al fijar la GOx en un electrodo puede completarse un biosensor efectivo. Este electrodo puede tener importantes aplicaciones biomédicas, entre las que destaca el control de glucosa en pacientes diabéticos.

En lo que respecta a este trabajo se realizara la electrodeposición de nanoparticulas metálicas de cobre en una película de pectina con NTC, con el objetivo de fabricar un electrodo modificado para la detección de peróxido de hidrogeno, ajustado las condiciones optimas para depositar el cobre desde una solución de Cu2+ en la superficie del electrodo, logrando de esta manera una alta sensibilidad en la determinación de la concentración de H2O2.

METODOLOGÍA

Los experimentos fueron efectuados a temperatura ambiente utilizando celdas cilíndricas de vidrio. Se uso un electrodo de referencia Ag/AgCl, el electrodo auxiliar fue un alambre de platino y los electrodos de trabajo fueron de carbono vítreo y acero inoxidable. Los reactivos utilizados son de grado analítico. Los voltamperogramas y electrodeposiciones

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