Biosensores electroquímicos basados en nanomateriales para análisis de alimentos

Resumen

El análisis de alimentos es una rama muy importante de la Química Analítica, capaz de aportar información relativa a la composición química, control de calidad y contaminación de los productos alimentarios, garantizando la seguridad y protegiendo la salud pública, así como asegurando el cumplimiento de la normativa y las regulaciones del mercado. Actualmente, el análisis de alimentos se realiza principalmente en laboratorios, mediante ensayos que requieren habitualmente un tiempo considerado y una amplia experiencia para realizarlos, y no se pueden reproducir de forma sencilla en análisis de campo. En este contexto, los biosensores electroquímicos son una alternativa prometedora frente a métodos tradicionales para el análisis de alimentos. Estos biosensores permiten la determinación de los componentes y contaminantes de los alimentos en el lugar de muestreo, de una forma rápida, sensible, selectiva, simple y económica, mediante el uso de instrumentos portátiles y sensores miniaturizados. Asimismo, el rendimiento analítico de estos dispositivos electroquímicos puede ser mejorado notablemente mediante el empleo de nanomateriales avanzados como elementos de transducción, señalización o captura. Esta tesis doctoral describe nuevas estrategias en el diseño de biosensores electroquímicos nanoestructurados para el análisis de alimentos. El principal objetivo de esta investigación consistió en la preparación de nanomateriales híbridos originales para su empleo como elementos de transducción o captura en novedosos biosensores electroquímicos amperométricos para el análisis de composición química y microbiológica de alimentos. En el primero de los biosensores se realizó el ensamblaje electrostático de capas del dendrímero de cuarta generación de poliamidoamina con núcleo de etilendiamina sobre electrodos de carbono vitrificado modificados con el nanohíbrido de óxido de grafeno-carboximetilcelulosa. Posteriormente se inmovilizó de forma covalente la enzima tirosinasa a través de entrecruzamiento con glutaraldehído. El biosensor enzimático preparado permitió la detección de catecol con muy buenas características. El segundo biosensor se preparó usando nanopartículas magnéticas modificadas con polidopamina, las cuales se cubrieron covalentemente con dendrímero de cuarta generación de poliamidoamina con núcleo de etilendiamina que posteriormente se decoró con nanopartículas de platino. Este nanohíbrido se usó para modificar electrodos de carbono vitrificado, mediante interacciones electrostáticas, que habían sido recubiertos con el nanohíbrido de óxido de grafeno-carboximetilcelulosa. A continuación se inmovilizó la enzima xantina oxidasa mediante entrecruzamiento con glutaraldehído. El biosensor enzimático posibilitó la detección amperométrica de xantina como parámetro de frescura en muestras de pescado. En cuanto a los biosensores de afinidad, estos se prepararon en electrodos serigrafiados de carbono desechables, realizando ensayos tipo sándwich empleando como marcaje electroquímico el complejo de Concanavalina A-peroxidasa. Para el primero de ellos se empleó un derivado de grafeno-nanopartículas de oro, las cuales sirvieron para inmovilizar el anticuerpo selectivo de Brettanomyces bruxellensis, levadura capaz de deteriorar el vino y se aplicó a muestras de vino tinto. Para el siguiente se empleó grafeno funcionalizado con ácido propiónico, sobre el que se unió el anticuerpo selectivo de Saccharomyces cerevisiae, la cual se determinó en vino blanco. Finalmente se prepararon dos biosensores análogos, para determinar la levadura Brettanomyces bruxellensis, y el contenido total de levaduras en muestras de vino tinto, emplenado nanocaptores magnéticos funcionalizados con el anticuerpo selectivo de Brettanomyces bruxellensis o con Concanavalina A, respectivamente. Todos los biosensores desarrollados se validaron para el análisis de muestras reales por comparación con técnicas estándar de análisis para cada uno de los analitos.