Sensores y biosensores electroquímicosnuevos horizontes y desafíos en su integración en sistemas multisensores para su aplicación en la industria alimentaria

Resumen

La presente Tesis doctoral, plantea el desarrollo de sensores y biosensores para el análisis de alimentos, empleando diferentes materiales y nanomateriales sensibles. Se trata de sensores y biosensores electroquímicos que permiten detectar compuestos de interés en alimentos líquidos tales como leches o vinos. Los sensores se han diseñado empleado diferentes materiales sensibles y tecnologías relacionadas con la Nanociencia, con el propósito de mejorar parámetros analíticos como son: selectividad, sensibilidad, reproducibilidad y repetitividad. Los sensores y biosensores se han utilizado para desarrollar redes de sensores que forman lenguas electrónicas y bioelectrónicas. La preparación y caracterización de los sensores y biosensores desarrollados, así como sus respuestas electroquímicas y su funcionamiento como parte de lenguas electrónicas, se discuten mediante los artículos científicos, indexados en revistas internacionales, incluidos en esta Tesis Doctoral. Estos trabajos se presentan agrupados en tres bloques, cada uno de ellos con una temática común: En el primer bloque se aborda en profundidad el desarrollo de biosensores electroquímicos voltamétricos basados en películas nanoestructuradas preparadas mediante la técnica Layer by Layer, utilizando distintas combinaciones de materiales (polímeros conductores, líquidos iónicos, nanopartículas metálicas, ftalocianinas y enzimas). El objetivo es seleccionar las nanoestructuras con mejor respuesta electroquímica en función de la composición de las películas, para la detección de compuestos de interés en la industria alimentaria. A partir las plataformas seleccionadas, se ha desarrollado una lengua bioelectrónica capaz de clasificar y discriminar entre distintas variedades de leche de vaca con diferentes características. El segundo bloque de trabajos, tratan del desarrollo de biosensores voltamétricos basados en combinaciones de nanomateriales de plata (nanopartículas y nanohilos) con enzimas específicas para compuestos presentes en vino (tirosinasa) o leche (glucosa oxidasa, galactosa oxidasa y β-galactosidasa). En estos trabajos se describe la preparación de los sensores y se analiza la influencia de la relación de aspecto de las nanoestructuras de plata en la capacidad de los nanomateriales como mediadores electrónicos, así como en los mecanismos de detección electroquímica. En algunos casos se han observado mecanismos de transferencia electrónica directa, lo que demuestra el gran potencial de esta tecnología. Finalmente, se ha realizado un estudio comparativo de las lenguas bioelectrónicas generadas a partir de ambas nanoestructuras evaluando la capacidad de discriminación y clasificación de leches con diferentes características nutricionales. Se han alcanzado excelentes correlaciones entre los datos obtenidos con las lenguas bioelectrónicas desarrolladas y parámetros químicos utilizados habitualmente en el control de calidad de leches El tercer bloque de esta Tesis Doctoral, pone de manifiesto la capacidad de sensores no enzimáticos para alcanzar especificidad frente a determinados compuestos fenólicos gracias a la aplicación de la técnica de polímeros de impresión molecular (MIPs). Los MIPs desarrollados se obtienen mediante la electrodeposición de un biopolímero natural, el quitosano, así como en combinaciones de quitosano y nanotubos de carbono decorados con nanopartículas, con los que se ha desarrollado una plataforma especifica capaz de detectar determinados fenoles en vino en presencia interferentes. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral, han permitido desarrollar sensores avanzados que, una vez combinados en forma de redes de sensores, suponen un avance en el campo de las lenguas electrónicas y bioelectrónicas dedicadas al análisis de alimentos