SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE QUANTUM DOTS

V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A1
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE QUANTUM DOTS FOSFORESCENTES DE ZnS
DOPADOS CON Mn EMPLEANDO TÉCNICAS ANALÍTICAS COMPLEMENTARIAS
Emma Sotelo-González, María Teresa Fernández-Arguelles, José Manuel Costa-Fernández y Alfredo Sanz-Medel
Universidad de Oviedo, Departamento de Química Física y Analítica, Avda. Julián Clavería 8, 33006, Oviedo,
España
E-mail: [email protected]
Resumen:
Los Quantum Dots son nanopartículas semiconductoras luminiscentes que debido a sus excepcionales propiedades
optoelectrónicas, presentan un extraordinario interés en numerosas y diversas áreas científicas y tecnológicas.En
este sentido, sus excepcionales propiedades luminiscentes han potenciado su integración en diversas aplicaciones
bioanalíticas fotoluminiscentes sustituyendo a los luminóforos orgánicos convencionales1.
En esta comunicación se muestran los resultados derivados de la síntesis y caracterización exhaustiva
(espectroscópica y morfológica) de quantum dots con núcleo de ZnS dopados con manganeso (Mn:ZnS QDs) y
recubiertos de una capa de cisteína, que los hace solubles en agua y biocompatibles. Los quantum dots sintetizados
presentan una intensa emisión fosforescente muy estable en medio acuoso y sin necesidad de desoxigenar la
muestra. Dicha fosforescencia se atribuye a la incorporación de manganeso en la estructura del nanocristal, de
manera que se favorece la desactivación radiacional de la energía de las nanopartículas excitadas a través de los
niveles energéticos del metal, observando la emisión correspondiente a la transición 4T1(4G)Æ6A1(6S) del
manganeso.
Con el fin de controlar y optimizar los procesos de síntesis de las nanopartículas y su posterior caracterización,
indispensable para poder ser utilizados en aplicaciones bioanalíticas posteriores, se han empleado técnicas
analíticas complementarias como la espectrometría de absorción VIS-UV, la fotoluminiscencia, técnicas de
microscopía electrónica y de sonda, la difracción de rayos X, la cromatografía líquida de alta eficacia con detección
VIS-UV y la espectrometría de masas con fuente de acoplamiento inductivo (ICP-MS) que proporcionan información
cuantitativa a nivel elementa2l.
La información obtenida mediante las diferentes técnicas complementarias nos permitirán conocer el rendimiento de
la reacción de síntesis de las nanopartículas, la distribución de los elementos y la estructura cristalina en el
nanocristal, determinar de manera fiable el número de átomos metálicos incorporados en la estructura del quantum
dot, poder estimar la concentración de nanopartículas en una muestra dada y conocer el número de cisteínas que
recubren un quantum dot. Toda esta información resulta de valor esencial e indispensable para poder emplear
dichos nanocristales como marcadores luminiscentes en aplicaciones bioanalíticas.
1
2
J.M Costa, R. Pereiro, A. Sanz-Medel, Trends in Anal. Chem. 25 (2006) 207-218.
B. Fernandez, J.M. Costa-Fernandez, R. Pereiro, A. Sanz-Medel, Anal. Bioanal. Chem 396 (2010) 15-29
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A2
MODULAR MICROFLUIDIC SYSTEM FOR THE SYNTHESIS AND THERMAL CONTROL OF
REACTIONS DEVELOPED AT HIGH TEMPERATURE. APPLICATION TO THE SYNTHESIS
OF HIGH EFFICIENT CdSe QUANTUM DOTS IN ORGANIC MEDIUM
Sara Gómez de Pedro, Mar Puyol and Julián Alonso
Sensors and Biosensors Group, Universitat Autònoma de Barcelona, Bellaterra, Barcelona, Spain
E-mail: [email protected]
Abstract:
Inorganic nanocrystalline semiconductors (quantum dots) are widely used as tuneable emitters for many applications
such as light-emitting diodes, computing and sensors due to their unique photophysical properties1. Cadmium
selenide (CdSe) quantum dots display one of the most valuated optical properties due to quantum-size effects: its
tunable size-dependent photoluminescence across the visible spectrum. This property confers to the CdSe
nanocrystals the possibility of replacing fluorophores as labels since they are photostables, show sharp emission
spectra along the whole visible region and present large decay lifetimes. However, such properties are closely to the
synthetic process performed. Therefore, the reaction conditions must be extremely controlled.
Conventional synthetic methods of CdSe nanocrystals usually are based on the thermal decomposition of cadmium
and selenium precursors in organic solvents. These syntheses entail the use of refluxes and oil baths, where not only
is difficult to control the concentration fluctuations, but also the temperature2.
This issue can be overcome when microreactors are applied since most of the reaction parameters can be
automatically controlled by means of computer assisted systems. The use of microfluidic devices allows preparing
high quality nanoparticles with key advantages such as fast thermal- and mass-transfer rates and continuous
products production. As a matter of fact, microfluidic approaches have been successfully applied to the synthesis of
numerous metal, metal-oxide and semiconductor nanoparticles, including CdSe.
Materials such as glass, silicon and polymers have been used in the fabrication of microfluidic devices. However,
most of the employed manufacturing methods not only require a post fabrication sealing of the microchannels (which
produces leaks at the joins) but also exhibit slow prototyping procedures and poor chemical and thermal stability3.
Our research group proposes the use of ceramic tapes based on the Low-Temperature Co-fired Ceramics (LTCC)
technology. This material allows a multilayer approach, being feasible the design and fabrication of 3D structures,
where mechanic, electronic and fluidic components (such as static or dynamic mixers and resistors/thermistors
couples) can be integrated in a single device. Moreover, post fabrication steps are avoided and the technology does
not require the use of special facilities such as clean rooms. This permits a rapid prototyping, reducing significantly
the costs and the production time4.
In this work, a ceramic microreactor for the synthesis of CdSe quantum dots at high temperatures is presented. The
device is based in two modules, one for the temperature control and other for the microfluidic platform (figure 1).
Since temperature can be regulated as required, using a specifically designed electronic system, CdSe quantum dots
emitting/absorbing at different wavelengths can be easily obtained. The microsystem developed is successfully
applied to the continuous, automated and controlled synthesis of different-sized nanocrystals. The synthesized
quantum dots exhibit narrow absorption and fluorescence emission bands, entailing a uniform size distribution of the
colloidal. The quality observed from the obtained spectra, demonstrate the reliability of the proposed microsystem to
be applied to reactions strongly dependent on temperature.
X. Michalet, et. al., Science, 2005, 307, 538.
. A. Peng, X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 2001,123, 183-184.
3 D.M Leatzow, J.M. Dodson, J.P. Golden, F.S. Ligler, Biosens. Bioelectron., 2002, 17, 105.
4 S. Gómez-de Pedro, M. Puyol, J. Alonso, Nanotechnology, 2010, 21, 415603.
1
2
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A2
Figure 1: A: Top view of the ceramic microfluidic device. B: Scheme of the thermal platform showing the embedded
heater. C: Scheme of the microfluidic platform showing the inlets/outlet and an amplification of a microreactor region.
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A3
CERAMIC MICROREACTOR WITH IN-SITU OPTICAL CHARACTERIZATION FOR THE
SYNTHESIS OF HOMOGENEOUS CdS/ZnS NANOCRYSTALS
Sara Gómez de Pedro, Mar Puyol and Julián Alonso
Sensors and Biosensors Group, Universitat Autònoma de Barcelona, Bellaterra, Barcelona, Spain
E-mail: [email protected]
Abstract:
In recent years, many research areas have focused their investigation on the synthesis of nanocrystals (or quantum
dots) due to their optical and electronic properties and their amount of applications. However, optical properties of
quantum dots depend strongly on their shape and size, which are at the time directly dependent on their synthesis.
Thus, controlling the synthetic stages of the nanocrystals is an important role in order to achieve homogeneous
particles with the same optical properties.
Most standard synthesis of nanocrystals depends strongly on factors, which are difficult to control. Thus, yields rather
broad size distributions. Microfluidic systems allow experimental variables such as temperature, flow rate and
reagent concentration to be varied and controlled in a rapid, reproducible and precise way, which results in more
uniform particles.
Herein, we report a ceramic microreactor with in situ optical characterization for the easy and controlled synthesis of
CdS/ZnS quantum dots in aqueous medium (Figure 1). The proposed system combines the advantages of
microfluidics and those related to the construction material and its associated technology in the field of
miniaturization.
With the LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramics) technology, the device construction is carried out without the
need of sophisticated facilities, therefore the obtained microreactors have a very low cost and a short production
time. Moreover, it is possible to construct multilayered systems that allow the integration of electronic and fluidic
components. With these systems, reagents can be added when necessary, and it is possible to change the
composition of the reaction mixture controlling all the fluidics, being feasible obtaining uniform particles in a
reproducible way1.
On the other hand in order to be able to monitor the obtained colloidal suspension, an optical detection system has
been developed and adapted to the microreactor. It allows measuring simultaneously as well as the absorbance as
the fluorescence. Therefore,a robust and portable system for the controlled synthesis of CdS/ZnS nanocrystals is
presented.
Since the reaction takes place in aqueous medium, the obtained quantum dots could be used directly after their
synthesis as labels, by connecting the device to other microsystems, to develop an integrated modular analytical or
bioanalytical system, without the necessity of the subsequent treatment of the colloidal, as in other type of quantum
dots synthesis happens2.
Figure 1: A: Ceramic microreactor for the synthesis of core-shell nanocrystals. B: Image of the absorbance and
fluoresce PCBs fitted to the microreactor
1
2
S. Gómez-de Pedro, M. Puyol, J. Alonso, Nanotechnology, 2010, 21, 415603
J. M. de la Fuente, et.al., ChemBioChem, 2005, 6, 989 –991
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A4
SELECTIVE RECOGNITION OF ENROFLOXACIN USINGMOLECULARLY IMPRINTED
POLYMERS BASED ON CORE-SHELL TECHNOLOGY
S. Carrasco Garrido, F. Navarro Villoslada and M. C. Moreno Bondi
Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Universidad Complutense de Madrid, E-28040 Madrid
(Spain).
*E-mail: [email protected]
Abstract:
We report here on the synthesis and characterization of surface imprinted core-shell beads1 for the selective
recognition of the antimicrobial enrofloxacin (ENRO). The imprinted microparticles have been prepared by reversible
addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization2, a kind of simple and versatile controlled/living radical
polymerization that allows the synthesis of polymers free from the contamination of metal catalysts.
Two different materials have been evaluated for core preparation, methacrylate-based polymers and silica gel.
Several parameters (i.e., composition of the pre-polymerization mixture, polymerization time and temperature) have
been optimized to obtain poly(methacrylic acid-co-2-hydroxyethyl methacrylate-co-ethylene glycol dimethacrylate)RAFT-based cores with a low polydispersity index. In parallel, commercial silica gel microparticles (3 µm) have been
functionalized with a RAFT agent3 before the synthesis of the molecularly imprinted polymer (MIP)-based shell.
The core-shell microparticles have been characterized using different techniques such as, transmission electron
microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) (figure 1), N2 adsorption porosimetry, FTIR and elemental
analysis. The use of silica gel cores allowed the preparation of more homogeneous MIP-based shells than the
polymeric ones and have been selected for further studies.
The binding performance of the surface imprinted core-shell microparticles towards ENRO has been evaluated in
equilibrium binding experiments, using mixtures of MeCN and aqueous 2-[4-(2-hydroxyethyl)-1piperazinyl]ethanesulfonic acid (HEPES) buffer (pH 7.5), and the MIP beads have shown a high affinity for the
antibiotic in aqueous rich media.
a)
b)
Figure 1. SEM images of core-shell microparticles synthesized from a) methacrylic-based polymers and b) RAFTfunctionalized silica gel cores.
Acknowledgements: This work has been funded by the Spanish Ministry of Science and Technology (CTQ2009-14565-C03-03) and
Complutense University (GR35/10-A)
L. Ye, K. Haupt, Anal. Bioanal. Chem. 2004, 378, 1887.
J. Chiefari, Y. K. Chong, F. Ercole, J. Krstina, J. Jeffery, E. Rizzardo, Macromolecules 1998, 31, 5559.
3 L. Chang, Y. Li, J. Chu, J. Qi, X. Li, Anal. Chim. Acta 2010, 680, 65.
1
2
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A5
EFECTO DE LA RUTA DE SÍNTESIS EN LA PREPARACIÓN DE MATERIALES HÍBRIDOS
NANOESTRUCTURADOS PARA LA ADSORCIÓN DE Hg(II) EN MEDIOS ACUOSOS
Damián Pérez Quintanilla, Isabel Sierra Alonso, Alfredo Sánchez Sánchez y I. Hierro
Departamento de Química Inorgánica y Analítica, Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología,
Universidad Rey Juan Carlos, Tulipán s/n, 28933, Móstoles, Madrid
E-mail: [email protected]
Resumen:
En los últimos años la contaminación con metales pesados constituye un serio problema para el ecosistema y la
salud humana. Los metales pesados representan una seria amenaza al medioambiente ya que pueden encontrarse
en suelos, agua y aire, dentro de los metales pesados el mercurio es uno de los más peligrosos1. El mercurio puede
presentarse en diversas formas químicas y físicas que determinan su absorción, además el Hg(II) es considerado
uno de los contaminantes más peligrosos ya que puede acumularse en el cuerpo humano y provocar diferentes
síntomas incluso a muy bajas concentraciones, por esta razón es muy importante conocer la concentración de Hg(II)
en los medios acuosos. Debido a esto se hace necesario el empleo de la preconcentración de las muestras como
etapa previa a su análisis, dentro de las fases estacionarias empleadas para la extracción en fase sólida (SPE), en
los últimos años se han venido desarrollado prometedoras fases estacionarias basadas en materiales híbridos
mesoestructurados que permiten aunar las propiedades de las sílices mesoestructuradas, en cuanto a tamaño de
poro controlado, elevada área superficial, morfología, etc, y la incorporación de ligandos orgánicos en la estructura
que permiten aumentar la capacidad de adsorción y la selectividad en la recuperación de Hg(II). La preparación de
estas nuevas fases sólidas se puede abordar mediante diferentes estrategias o rutas sintéticas confiriendo a los
materiales obtenidos distintas propiedades en cuanto a capacidad de adsorción y selectividad hacia el Hg(II)2.
El objetivo principal de este trabajo ha sido la preparación y caracterización de materiales híbridos
mesoestructurados que puedan emplearse en SPE para la preconcentración de mercurio en medios acuosos. Los
materiales han sido obtenidos empleándose diferentes rutas sintéticas, con el fin de comprobar el efecto de éstas
sobre la selectividad y la capacidad de adsorción de Hg(II) en medios acuosos de los mismos. Se han preparado
materiales híbridos mesoestructurados tipo SBA-15 por tres rutas sintéticas (impresión iónica, post-síntesis y cocondensación), empleando como ligandos orgánicos derivados de la 2-mercaptopirimidina (MPY)3 y la 2mercaptotiazolina (MTZ)4, compuestos que contienen átomos de N y S en su estructura y que presentan la
capacidad de formar complejos de coordinación con iones Hg(II) presentes en medios acuosos. Todos los
materiales preparados se han caracterizado mediante diversas técnicas como la espectroscopia IR, microscopia
electrónica, tanto de barrido (SEM) como de transmisión (TEM), análisis de propiedades texturales mediante
fisisorción de N2, análisis termogravimétrico y RMN de sólidos tanto de 13C como de 29Si, para obtener la información
necesaria desde el punto de vista estructural, de composición, porosidad y de morfología (Figura 1), que nos
permitan optimizar la fase sólida a preparar. La capacidad de adsorción de Hg(II) y la selectividad de los materiales
obtenidos ha sido estudiada mediante la técnica en discontinuo o en “batch”. Los resultados obtenidos en la
realización de este trabajo de investigación indican que los materiales preparados presentan una prometedora
aplicación como fases estacionarias para la extracción en fase sólida de Hg(II) en medios acuosos.
Mercury update: Impact on Fish Advisories. EPA Fact Sheet EPA-823-F-01-011; EPA, Office of Water: Washington, DC, 2001.
Slowing et al., J. Mat. Chem., 20 (2010) 7924.
3 Damián Pérez-Quintanilla, Isabel del Hierro, Mariano Fajardo and Isabel Sierra, J. Mat. Chem., 16 (2006) 1757.
4 D. Pérez-Quintanilla, I. del Hierro, M. Fajardo, I. Sierra, Micropor. and Mesopor. Mater., 89 (2006) 58. 1
2
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
a) A5
b)
Figura 1: a) Imagen SEM del material obtenido vía co-condensación con MTZ, b) Imagen TEM del material obtenido
vía post-síntesis con MPY.
Agradecimientos: Los autores agradecen la financiación de este proyecto: al Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto CTQ200805821/PPQ) y a la Comunidad Autónoma de Madrid y a la Unión Europea dentro del programa de fondos FEDER (proyecto S2009/AGR-1464,
ANALISYC-II)
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A6
PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE SÍLICES MESOPOROSAS HIBRIDAS:
APLICACIÓN PARA LA ADSORCIÓN SELECTIVA DE CD(II) Y SU DETERMINACIÓN
VOLTAMPEROMÉTRICA EN MEDIOS ACUOSOS
Damián Pérez-Quintanilla, Alfredo Sánchez, Sonia Morante-Zarcero, Isabel Sierra y Isabel del Hierro
Departamento de Química Inorgánica y Analítica, Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología,
Universidad Rey Juan Carlos, C/ Tulipán s/n, 28933, Móstoles, Madrid
E-mail: [email protected]
Resumen:
Desde que se dieron a conocer las sílices mesoporosas en 1992, su aplicación en la determinación de metales ha
sido ampliamente investigada, desarrollándose para tal fin numerosos materiales híbridos gracias a la incorporación
de diversos ligandos orgánicos anclados a la superficie de las sílices que presentan selectividad hacia la adsorción
de metales pesados debido a la presencia de átomos dadores de electrones como oxígeno, nitrógeno, azufre y
fósforo.
Gracias a las características que presentan estos materiales híbridos basados en sílices mesoporosas
funcionalizadas (gran resistencia mecánica, selectividad en función del ligando orgánico anclado, buena velocidad
de adsorción de metales pesados y gran capacidad de adsorción, estabilidad química, fácil regeneración del
material, etc.) este tipo de materiales se han usado extensamente en la determinación de metales pesados.
El empleo de sílices mesoporosas en la determinación de metales pesados, generalmente llevado a cabo en
muestras acuosas debido a su importancia medioambiental, se ha realizado principalmente por dos vías distintas,
una primera en la que estos materiales se han utilizado para una etapa de extracción-preconcentración de los
metales previa al análisis, generalmente espectroscópico, y una segunda en la que se han modificado diversos
electrodos con sílices mesoporosas funcionalizadas, aplicándose posteriormente en la determinación electroquímica
de metales pesados mediante medidas voltamperométricas de redisolución principalmente.
Con todo este contexto, el trabajo que se presenta ha consistido en la preparación de distintas sílices mesoporosas
con estructura tipo SBA-15, funcionalizadas con el ligando orgánico 5-mecapto-1-methyl-1-H-tetrazol (MTTZ),
llevándose a cabo esta funcionalización mediante distintas rutas de síntesis tales como la co-condensación y el
anclaje post-síntesis, tanto con impresión iónica como sin ella, comprobándose el efecto que esta variable muestra
sobre la adsorción de Cd(II) en medios acuosos. Previo al empleo de la sílices preparadas en la adsorción de
cadmio, todas ellas han sido caracterizadas mediante diversas técnicas tales como la espectroscopía IR,
microscopía electrónica (TEM y SEM), isotermas de fisisorción de gases (BET) y análisis elemental. Los materiales
obtenidos se están utilizando para la preparación de electrodos de pasta de carbono modificados que permitan la
determinación sensible y selectiva de este metal en diversas muestras de agua.
Agradecimientos: Los autores agradecen la financiación de este proyecto: al Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto CTQ200805821/PPQ) y a la Comunidad Autónoma de Madrid y a la Unión Europea dentro del programa de fondos FEDER (proyecto S2009/AGR-1464,
ANALISYC-II).
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A7
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO PARA LA LIBERACIÓN INTRACELULAR CONTROLADA CON
APERTURA ENZIMÁTICA BASADO EN SÓLIDOS MESOPOROSOS FUNCIONALIZADOS.
Inmaculada C. Candel1,2*, Elena Aznar2,1, Laura Mondragón2,1, Cristina Sanfeliu1,2, María E. Moragues1,2, Ramón
Martínez-Máñez1,2 y Félix Sancenón1,2
1Centro
de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico – Unidad Mixta Universidad Politécnica de ValenciaUniversidad de Valencia, Universidad Politécnica de Valencia. Camino de Vera s/n, 46022 Valencia
2Ciber de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN, Spain)
*E-mail: [email protected]
Resumen:
La liberación controlada de sustancias de interés, tales como medicamentos, en células específicas constituye un
nuevo campo de estudio de una importancia relevante, principalmente, en el área biomédica.
Tradicionalmente, los sistemas de transporte de materia se basan en polímeros capaces de liberar su carga en
procesos de difusión controlada.
En la actualidad, el diseño de materiales híbridos mesoporosos funcionalizados con un sistema de puertas
moleculares es un tema de estudio que despierta gran interés como alternativa a la utilización de polímeros como
sistemas de transporte.
Estos materiales consisten en un soporte inorgánico mesoporoso, capaz de almacenar moléculas, cuya superficie
externa se puede funcionalizar con moléculas orgánicas capaces de conmutarse, por acción de un estímulo
externo, permitiendo o bloqueando el transporte de materia desde el interior de los poros hacia el medio externo.
Sin embargo, existen pocos ejemplos descritos en los que el estímulo externo que desencadena la liberación de las
moléculas huésped sea la acción de una biomolécula. En concreto, no se han descrito apenas sistemas de apertura
enzimática.
Teniendo en cuenta estos conceptos, se ha diseñado un material mesoporoso (Nanopartículas Silíceas, MSNs)
cuyos poros se han cargado con un colorante fluorescente (que cumple la función de indicador, para permitir
apreciar el funcionamiento del sistema) y cuya superficie externa se ha funcionalizado con un derivado alcoxisilánico
de una gluconamida capaz de actuar como ‘puerta nanoscópica molecular’. Este material es capaz de ser
endocitado por las células y liberar el colorante en presencia de enzimas específicas, amidasas. (Ver figura 1)
Más concretamente, se observa una gran liberación de colorante al llevar a cabo experimentos in-vitro en presencia
de la amidasa que se encuentra en las hojas y la piel de los frutos de Citrus Sinensis (naranjo dulce), lo cual
permitiría diseñar aplicaciones de gran interés.
El sistema descrito es un ejemplo de material inteligente que muestra procesos de liberación controlados mediante
el uso de moléculas bio-activas como estímulos externos.
Amidasa
O
O
O Si
O
N
H
H3C
N
H2N
N
OH
OH
OH
OH
OH
CH3
NH2
Cl
Figura 1: Esquema del funcionamiento del material diseñado, en presencia de las enzimas específicas, amidasas.
A8
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF ThO2-BASED NANOPARTICLES
F.J. Pereira, L.C. Robles, J.C. Feo, M.A. Castro, M.I. Muñoz, M.T. Díez and A.J. Aller
Área de Química Analítica; Universidad de León, Facultad de Ciencias Biológicas y Ambientales
E-mail: [email protected]
Abstract:
A new sol-gel method is intended for preparation of ThO2-based nanoparticles. A series of thoria-based nanoparticles
with various amounts of arsenic and cysteine were prepared by the new sol-gel method using thorium nitrate and
arsenic chloride as precursors. Thoria-based nanoparticles were characterized using X-ray diffraction (EXD),
transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive-X-ray
spectrometry (ED-XRS), Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR), Raman spectrometry, ultraviolet-visible
spectrophotometry and confocal fluorescence.
The effect of the presence of ethanediol (ED) and a thermal treatment on the nanoparticle size was studied. The
presence of 5M ED provided smaller crystalline sizes for arsenic-doped and cysteine-capped thoria-based
nanoparticle prepared. However, incorporation of a thermal treatment at 873 K provided much smaller crystalline
sizes with very narrow distribution sizes and a 3 nm average size as shown by TEM studies.
XRD data indicated that even after 5 mol% doping of arsenic in the crystal lattice of ThO2, the samples were phase
pure with the fluorite cubic structure.
300
27.63
250
Counts
54.21
45.62
200
150
32.15
73.57
100
75.81
56.38
66.84
50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
2Theta
50
55
60
65
70
75
80
A8
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
Raman and FT-IR spectra indicated that cysteine is bound to the ThO2 nanoparticle surface, showing the main peaks
of cysteine with some additional peaks related to the bound of this molecule to arsenic and thorium.
50000
Th-Cyst-As
Raman intensity
40000
30000
20000
10000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Raman Shift (cm-1)
Fluorescence properties grow with the presence of cysteine and arsenic. The cysteine-capped and/or arsenic-doped
thoria-based nanoparticles synthesized in a free-ethanediol solvent show stronger luminescent properties than the
particles prepared in the presence of ethanediol.
Capabilities of the prepared thoria-based nanoparticles for the retention of heavy metals were also intended to be
explored.
Acknowledgments: One of the authors (FJP) gratefully acknowledged grant from the Junta de Castilla y León, Spain
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A9
MODULATION OF OPTICAL PROPERTIES OF SCHIFF BASE LIGAND-GOLD
NANOPARTICLE HYBRID SYSTEMS
Iria Bravo, Mónica Revenga-Parra, Tania García, Miriam Gamero, Encarnación Lorenzo, Félix Pariente and Jose
María Abad
Dpto. Química Analítica y Análisis Instrumental, F. de Ciencias, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid,
Spain
E-mail: [email protected]
Abstract:
Noble metal nanoclusters and nanoparticles are considered as very attractive materials because at nanometric
range, they exhibit significant changes in optical and electronic properties that differ from those of bulk metal.
These are due to quantum size effects concomitant with an increasing role of the surface in the control of
overall energy of the particle. In the recent years, surface modification of metal nanoparticles with organic dye
molecules has been intensively studied to obtain nanomaterials with enhanced optical, catalytic and sensing
properties for molecular electronic applications or light-energy conversion systems.
The electromagnetic interaction between the surface plasmon resonance of the nanoparticle and dye
molecules in the close vicinity modifies the electronic and optical properties of the surface bound-molecule as
well as the surface plasmon absorption band.
It has been demonstrated that fluorescence intensity of dyes can be enhanced or decreased, that is, fluorescence
quenching depending on the location of the dye around the particle, its separation from the metal surface, and the
molecular dipole orientation with respect to the particle surface.
Schiff´s bases are known as azomethine dyes. They have received a great attention due to their analytical,
biochemical properties (antimicrobial and antitumoral activity) as well as their use as powerful catalysts, liquid
crystals and dyes.
Here, we report the modulation of optical properties (optical absorption and fluorescence emission) of the adsorbed
dye depending on the different interaction with gold nanoparticles in function of the structural features of the type of
isomer employed and also with its intermolecular interactions.
hv
Acknowledgments: This work has been supported by DGUI of Comunidad Autonoma de Madrid and UAM (project Nº CCG10-UAM/MAT-5731)
and by Comunidad Autonoma de Madrid (project Nº S2009/PPQ-1642, AVANSENS). JMA acknowledges research funding by a "Ramon y Cajal"
contract from the Spanish Ministry of Science and Innovation.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A10
ANÁLISIS ESPECTROELECTROQUÍMICO DE LA ELECTROSÍNTESIS DE
NANOPARTÍCULAS DE PLATA Y SU POSTERIOR REOXIDACIÓN
Aránzazu Heras1, Alberto Martínez1, Álvaro Colina1, Virginia Ruiz2,3 y Jesús López-Palacios1
1Departamento
2Department
de Química, Universidad de Burgos; Plaza Misael Bañuelos, s/n, E-09001, Burgos (España)
of Applied Physics, Centre for New Materials, Aalto University, P.O. Box 15100, FI-00076 Aalto, Espoo,
(Finland)
3CIDETEC-IK4,
Po Miramón 196, E-20009 Donostia-San Sebastián, (España)
E-mail: [email protected]
Resumen:
Las propiedades físicas de las nanopartículas metálicas difieren mucho de las de los materiales masivos debido al
confinamiento dimensional de la densidad electrónica en las partículas, en lo que se denomina efecto del tamaño
cuántico. Este confinamiento electrónico es una herramienta muy potente para manipular las propiedades
electrónicas, ópticas y magnéticas de los sólidos.
Las propiedades de las nanopartículas metálicas vienen determinadas por parámetros físicos como su tamaño,
forma, composición y estructura. En principio, se pueden controlar y variar las propiedades de estos materiales
simplemente modificando cualquiera de estos parámetros, lo que repercute en sus futuras aplicaciones haciendo
que éstas sean mucho más específicas1,2.
Existen diferentes métodos de síntesis de nanopartículas entre los que se encuentran la síntesis química, en
disolución o en fase vapor, y la síntesis electroquímica. De entre ellas, la de uso más generalizado es la síntesis
química en disolución, debido a que una simple modificación de parámetros experimentales permite un control muy
preciso del tipo de nanoestructuras obtenidas. La síntesis electroquímica es una vía alternativa de evidente interés
en la actualidad, si bien el elevado número de parámetros a controlar condiciona el resultado final de la síntesis.
Sea cual sea la estrategia de síntesis, es habitual centrar la atención en el producto final, que se caracteriza ex-situ,
olvidando la importante información contenida en las etapas del proceso de síntesis. Nuestro grupo de investigación
desarrolla y utiliza técnicas de caracterización in-situ que permiten seguir dinámicamente sistemas que evolucionan
con el tiempo. Entre ellas, las técnicas espectroelectroquímicas, y en particular la Espectroelectroquímica
Bidimensional (BSEC)3, han demostrado ser de gran utilidad.
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos utilizando técnicas espectroelectroquímicas en el seguimiento
de la formación de nanopartículas de plata (Ag NPs) por vía electroquímica. La utilización de la
Espectroelectroquímica Bidimensional permite observar in-situ la evolución de los espectros de absorción de la
superficie del electrodo (configuración normal, AN) y de la disolución adyacente a él (configuración paralela, AP). De
este modo se puede obtener información independiente pero simultánea de los cambios ocurridos en la superficie
del electrodo de trabajo como consecuencia de la formación de las nanopartículas de plata, y de los cambios
ocurridos en la disolución a causa de las especies generadas y/o consumidas durante la citada reacción.
En este trabajo se han utilizado dos estrategias en la síntesis de Ag NPs: potenciostática y potenciodinámica. En los
estudios potenciostáticos se han aplicado pulsos consecutivos catódicos y anódicos a un electrodo en una
disolución de sal de plata, electrogenerando nanopartículas que son reoxidadas posteriormente. La información
suministrada con la Espectroelectroquímica Bidimensional nos indica que:
ƒ
ƒ
Durante el pulso catódico, el catión plata se reduce generando Ag NPs. El dato es confirmado por los
espectros registrados en configuración normal, en los que se observa la aparición de una banda centrada
en 450 nm.
Durante el pulso catódico también se generan clusters de plata en la disolución, dato probado por los
espectros registrados en configuración paralela, en los que se observa un aumento de la absorbancia a λ
< 320 nm.
1
Cuenya, B.R.; Thin Solid Films 2010, 518, 3127‐3150. Sun, Y.; An, C.; Frontiers of Materials Science in China 2011, 5, 1-24
3
López-Palacios, J.; Colina, A.; Heras, A.; Ruiz, V.; Fuente, L.; Analytical Chemistry 2001, 73, 2883-2889.
2
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
ƒ
ƒ
A10
Durante el pulso anódico, las NPs de plata electrogeneradas en la etapa anterior se oxidan, observándose
que la banda de absorción de 450 nm disminuye a lo largo del pulso.
La oxidación de NPs de Ag durante el pulso anódico implica la generación de nuevos clusters de Ag en la
disolución, aspecto evidenciado por el aumento de la absorbancia observada en configuración paralela a λ
< 300 nm y su disminución a λ > 300 nm.
En las experiencias potenciodinámicas se han podido observar estos mismos procesos, añadiendo el efecto que la
variación del potencial con el tiempo tiene sobre la generación y oxidación de nanopartículas de plata.
Con los resultados presentados en este trabajo se evidencia la potencia de las técnicas multirrespuesta, y en
particular las espectroelectroquímicas, en el estudio de los procesos de síntesis de nanopartículas metálicas,
suministrando información difícilmente extraíble con otro tipo de técnicas de análisis in-situ.
Agradecimientos: Agradecemos la financiación de la Junta de Castilla y León (GR71, BU006A09, BU012A09) y Ministerio de Ciencia e
Innovación (CTQ2010-17127)
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A11
FUNCIONALIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS SEMICONDUCTORAS CON PIRENO Y SU
USO COMO SENSOR DE NITROANILINAS
Carlos E. Agudelo Morales1, Raquel E. Galian1,2 y Julia Perez-Prieto1
1Instituto
de Ciencia Molecular, Dpto. Química Orgánica, Universidad de Valencia, C/ Catedrático José Beltrán 2,
Paterna, 46980 Valencia
2Dpto. Química Analítica, ICMOL, Universidad de Valencia, Dr. Moliner 50, Burjassot 46100
E-mail: [email protected]
Resumen:
Los nanomateriales son cada vez más utilizados para el desarrollo de sensores de compuestos tóxicos en monitoreo
ambiental1, debido a sus propiedades fisicoquímicas (óptica, eléctrica, mecánica) y, especialmente en los materiales
semiconductores (quantum dots, QDs), debido a sus interesantes propiedades luminiscentes2. La detección
fluorescente presenta excelente sensibilidad, rápida respuesta y facilidad para la detección de una forma no
destructiva, por lo que es una técnica ventajosa en comparación con otros métodos.
Nos planteamos el desarrollo de nuevos sensores fluorescentes basados en QDs funcionalizados con fluoróforos
orgánicos (en particular, pireno). Para ello, se utilizaría un mercaptoalquilpireno (Py-SH), dadas las propiedades
coordinantes del grupo SH a la superficie de los QDs. Estos sistemas híbridos formarían disoluciones coloidales
donde la nanopartícula actuaría meramente como soporte del fluoróforo orgánico, ya que la unión covalente de la
nanopartícula utilizando un tiol produce la pérdida de sus propiedades fluorescentes. Por lo tanto, la detección se
basaría en la desactivación de la fluorescencia del pireno por los diferentes analitos.
El protocolo seguido para la obtención de los nanohíbridos consistió en: i) la síntesis de QDs del tipo core CdSe
(λabs =530 nm, λemi=541 nm, FHWM =30 nm) con ligandos de trioctilfosfina (TOP y óxido de trioctilfosfina (TOPO);
ii) el intercambio de estos ligandos con Py-SH para dar lugar a nanopartículas (QD@PY) altamente funcionalizadas.
Los nanodíbridos mostraron no solo la fluorescencia del monómero del pireno entre 320-400 nm sino que, debido a
la alta concentración local del pireno, se observó la emisión del excímero a 480 nm. La capacidad de estas
nanopartículas para el reconocimiento molecular se estudió utilizando como analitos anilina y derivados de la
misma, tales como orto-, meta- y para-nitroanilina.
1
2
Diallo Mamadou, et al. Nanotechnology Applications for Clean Water Norwich, NY: William Andrew, 2009 Books. ISBN 0815515782.
Galian, R. E; de la Guardia, Trends Anal, Chem. 2009, 28, 279.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A11
Se realizaron estudios de fluorescencia en estado estacionario y resueltos en el tiempo, midiendo el efecto de los
diferentes analitos sobre la fluorescencia tanto del monómero como del excímero del pireno. Se observó un
comportamiento diferente sobre ambas emisiones dependiendo de la naturaleza del analito. Así, la anilina causó
una disminución significativa de la fluorescencia del excímero, mientras que no se detectó un efecto apreciable
sobre la emisión del monómero ni del excímero del pireno en el caso de la orto-anilina. Además, estudios análogos
fueron realizados para el Py-SH, utilizado como patrón.
Los datos obtenidos permiten sugerir la existencia de diferentes tipos de interacción, en el estado fundamental y/o
en el estado excitado, entre el nanohíbrido y los diferentes analitos.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A12
DISEÑO DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA, MÉTODOS DE MEDIDA Y TRATAMIENTO
DE LAS SEÑALES PARA EL DESARROLLO DE UN SENSOR QUÍMICO BASADO EN
QUANTUM DOTS FOSFORESCENTES
N. Fernández Iglesias1, E. Sotelo1, M.T. Fernández-Argüelles1, J.M. Costa-Fernández1, A. Sanz-Medel1, M.
Valledor LLopis2, J.F. Ferrero2, J.C. Campo2
1Departamento
de Química Física y Analítica, Universidad de Oviedo C/. Julian Clavería, 8, 33006 Oviedo
de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, de Computadores y Sistemas, Universidad de Oviedo, Edificio
Departamental Oeste, Módulo 2 - 1ª planta, Campus universitario de Viesques s/n, 33204 Gijón
E-mail: [email protected], [email protected]
2Departamento
Resumen:
Los quantum dots (QDs) están siendo objeto de un intenso estudio debido a sus interesantes características
optoelectrónicas y sus posibles aplicaciones en el campo de la química analítica. En este sentido, la síntesis de
nanopartículas fotoluminiscentes con características de emisión similares al proceso fosforescente ha adquirido una
especial relevancia, ya que ofrecen importantes ventajas sobre la fluorescencia como son una elevada sensibilidad y
selectividad, bajos fondos de emisión, y posibilitan realizar la discriminación temporal de la emisión luminiscente
debido a sus elevados tiempos de vida.
Los métodos ratiométricos son una alternativa a la medida de intensidad de emisión que permiten hacer la medida
independiente de las principales fuentes de error, como son la dependencia de la luz de excitación o las variaciones
en el camino óptico. Por este motivo se pueden aplicar al desarrollo de sensores luminiscentes.
La presente comunicación presenta el desarrollo de un optosensor basado en el empleo de QDs de ZnS dopados
con Mn2+ e inmovilizados en una matriz tipo sol-gel, para la determinación de acetona mediante el diseño de
métodos ratiométricos. La medida de relación de intensidades entre la señal fosforescente de los QDs dependiente
de la acetona, y la señal fluorescente de la fase sensora que constituye la señal de referencia se empleará para
evaluar dos enfoques ratiométricos diferentes: Se presentan los resultados obtenidos realizando, por un lado, la
medida de la amplitud entre las señales de excitación y emisión a dos frecuencias diferentes; y por otro lado, la
medida del desfase entre dichas señales a una sola frecuencia.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A13
EMPLEO DE QUANTUM DOTS PARA LA DETERMINACIÓN DE DROGAS ESTIMULANTES
BASADO EN UN FENÓMENO DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
M. Menéndez Miranda, A.M. Coto, M.T. Fernández-Argüelles, J.M. Costa-Fernández y A. Sanz-Medel
1 Departamento
de Química Física y Analítica, Universidad de Oviedo C/. Julian Clavería, 8, 33006 Oviedo
E-mail: [email protected]
Resumen:
Los Quantum Dots son nanopartículas semiconductoras luminiscentes que poseen propiedades optoelectrónicas
excepcionales debido a los efectos de confinamiento cuántico de los electrones. Entre estas propiedades cabe
destacar la intensa emisión fotoluminiscente con una gran separación entre la longitud de onda de excitación y
emisión, así como espectros de emisión estrechos y simétricos. Además, es sabido que modificando el tamaño de la
nanopartícula es posible modificar la longitud de onda de emisión fotoluminiscente. Debido a estas ventajas, su
empleo como marcas fluorescentes se ha incrementado ampliamente en los últimos años tanto en el desarrollo de
nuevos optosensores químicos como de sistemas luminiscentes de análisis en aplicaciones biológicas y biomédicas.
Una de sus aplicaciones más relevantes consiste en su empleo como donadores en sistemas basados en
transferencia de energía, ya que su emisión se puede sintonizar fácilmente con el espectro de excitación del
aceptor, y además, su excitación se lleva a cabo a longitudes de onda bajas, las cuales están muy alejadas de las
longitudes de onda de excitación del aceptor.
En este sentido, la presente comunicación muestra los resultados obtenidos durante el desarrollo de una
metodología para la determinación de metilefedrina mediante un sistema basado en FRET. La metilefedrina es una
droga que se emplea con frecuencia en el dopaje de deportistas debido a sus efectos estimulantes, por lo que su
monitorización a bajos niveles de concentración, y de forma rápida y fiable es necesaria.
En esta comunicación se describe el desarrollo de un método sencillo para la determinación de metilefedrina
mediante un sistema basado en el empleo de quantum dots como donador de energía, y un aceptor, que es una
especie cuyo espectro de absorción se ve modificado en presencia de metilefedrina. De este modo, concentraciones
crecientes de metilefedrina provocan un aumento de la absorción del aceptor, disminuyendo así la emisión de
fluorescencia de los QDs medida.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A14
MATERIALES HÍBRIDOS NANOESTRUCTURADOS:
PREPARACIÓN, CARACTERIZACIÓN Y APLICACIÓN PARA LA EXTRACCIÓN EN FASE
SÓLIDA DE HORMONAS ESTEROIDEAS EN MEDIOS ACUOSOS
Isabel Sierra, Judith Gañán, Damián Pérez-Quintanilla, Sonia Morante-Zarcero
Departamento de Química Inorgánica y Analítica, Escuela de Ciencias Experimentales y Tecnología (ESCET),
Universidad Rey Juan Carlos, C/ Tulipan s/n, 28933, Móstoles, Madrid
Resumen:
La presencia de disruptores endocrinos químicos (EDCs) en muestras medioambientales ha recibido gran atención
en los últimos años. Así, se ha comprobado que los EDCs pueden interferir en la reproducción y el desarrollo de los
organismos acuáticos y que aumentan la posibilidad de cáncer de mama y testículo en humanos. Las hormonas
esteroideas están consideradas como uno de los grupos más importantes dentro de los EDCs, pudiendo causar
efectos adversos sobre los organismos acuáticos a niveles de concentración por debajo de los ng/L. En este
sentido, el desarrollo de nuevos métodos analíticos y nuevas técnicas de preconcentración supone un reto muy
importante para la determinación de estos compuestos en aguas.
En los últimos años está adquiriendo una notable importancia el empleo de sílices híbridas nanoestructuradas,
obtenidas mediante la funcionalización de una superficie inorgánica porosa con ligandos orgánicos. Estos materiales
resultan útiles para la extracción en fase sólida (SPE) de diversos compuestos debido a su gran capacidad de
adsorción y buena selectividad. En este trabajo se han sido sintetizado y funcionalizado distintos materiales
nanoestructurados con cadenas C18 por diferentes rutas (vía post-sintesis y co-condesación). Estos materiales han
sido caracterizados por difracción de Rayos-X, TEM, SEM, adsorción de N2, espectrometría FT-IR, espectrometría
de 29Si-RMN y 13C-RMN, análisis elemental, etc., con el objetivo de conocer sus características estructurales y grado
de funcionalización. Por otro lado, se ha investigado su aplicación como fase estacionaria para la SPE de hormonas
esteroideas (β-Estradiol, Etinilestradiol y Dietilestilbestrol) en medios acuosos. Los resultados obtenidos indican que
los materiales preparados presentan una prometedora aplicación para la preparación de muestras en la
determinación de hormonas esteroideas en aguas mediante HPLC.
Agradecimientos: Los autores agradecen la financiación de este proyecto: al Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto CTQ200805821/PPQ) y a la Comunidad Autónoma de Madrid y a la Unión Europea dentro del programa de fondos FEDER (proyecto S2009/AGR-1464,
ANALISYC-II).
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A15
PREPARACIÓN, FUNCIONALIZACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE NUEVOS MATERIALES
COMO FASES ESTACIONARIAS PARA HPLC
Isabel Sierra, Damián Pérez-Quintanilla, Sonia Morante-Zarcero
Departamento de Química Inorgánica y Analítica, Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología,
Universidad Rey Juan Carlos, C/ Tulipán s/n, 28933, Móstoles, Madrid
E-mail: [email protected]
Resumen:
Los avances en la investigación en el área de los nanomateriales (nanopartículas y materiales nanoestructurados)
están teniendo un profundo impacto en el desarrollo de la Química Analítica y pueden ser la clave para mejorar las
técnicas analíticas existentes o para desarrollar otras. En los últimos años, nuevas sílices mesoporosas híbridas han
demostrado interesantes aplicaciones en este campo debido a su elevada área superficial, gran volumen de poro y
diámetro de poro controlable con una estrecha distribución de tamaño. Estas características hacen que las sílices
híbridas mesoporosas sean potencialmente útiles para el desarrollo de nuevos métodos de análisis, altamente
selectivos y sensibles, económicos, rápidos y respetuosos con el medio ambiente.
Una aplicación importante de las sílices mesoporosas que está recibiendo considerable atención es su utilización
como fase estacionaria para separaciones mediante HPLC. Esto es debido, principalmente, a su elevada superficie
que aumenta la retención de los analitos y a su porosidad ordenada que permite una mayor y más homogénea
difusión de los mismos, lo que permite la posibilidad de trabajar a flujos más altos sin perdida significativa de
eficacia. Por otro lado, la unión covalente de diferentes grupos funcionales orgánicos en la superficie de la sílice,
para la obtención de sílices mesoporosas híbridas, aumenta la estabilidad química y mecánica del material y le
confiere una mayor estabilidad hidrotérmica, lo que posibilita el trabajo en fase inversa y amplía el número de
aplicaciones. En este trabajo se presenta la síntesis y caracterización de materiales mesoporosos que incluyen una
sílice mesoporosa y una organosílice funcionalizadas ambas con octadecilsilano. Las partículas obtenidas
presentaron una morfología esférica, diámetros de partícula entorno a 3-4 μm con un diámetro de poro entorno a 50
Å. Estos materiales se utilizaron para rellenar columnas de acero inoxidable de 15 cm mediante la técnica de slurry
a presión y, finalmente, se probó su potencial como fases estacionarias en la separación de una mezcla de
esteroides mediante HPLC.
Agradecimientos: Los autores agradecen la financiación de este proyecto: al Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto CTQ200805821/PPQ) y a la Comunidad Autónoma de Madrid y a la Unión Europea dentro del programa de fondos FEDER (proyecto S2009/AGR-1464,
ANALISYC-II).
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A16
DEVELOPMENT OF MODIFIED LIGAND-EXCHANGE METHOD FOR WATER
SOLUBILIZATION OF CdSe/ZnS QUANTUM DOTS WITH MICROWAVE IRRADIATION
Gema Durán1,2, María R. Plata1,2, Mohammed Zougagh2,3, Ana M. Contento1 and Ángel Ríos1*
1Department
2IRICA
of Analytical Chemistry and Food Technology, University of Castilla- La Mancha.
(Regional Institute of Applied Scientific Research). Avenida Camilo José Cela, s/n. 13071, Ciudad Real,
Spain
3Albacete
Science and Tecnhnology Park, E-02006, Albacete, Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Quantum dots (QDs), also called semiconductor nanocrystals, are inorganic particles with nanoscaled dimensions
and unique size-tunable luminescent properties. QDs have demonstrated several remarkable and attractive
optoelectronic characteristics such as a broad excitation spectrum, narrow emission spectrum, high photobleaching
threshold, excellent photostability and flexibility of functionalization with conjugating ligands for the selective
nanosensing of analytes which are especially suited to analytical and bioanalytical applications. The syntheses of
water soluble and stable derivates of QDs markedly open the research to new applications. However, low quantum
yields of 1-10% are typically obtained with aqueous synthesis due to the defects and traps on the surface of
nanocrystals1,2.
CdSe/ZnS QDs are probably the most successful type of quantum dots that have been developed and remained the
best available for analytical and biological applications. The QDs are highly fluorescent in the visible spectrum, and
the ZnS shell enhances their chemical and photostability. Several methodologies for convenient preparation of bright
water-soluble CdSe/ZnS core/shell QDs and their stabilization have been investigated, these methods using
ultrasound, heating, incubation always involving long time consuming.
For the first time, in this work, a simple method for preparation water-soluble CdSe/ZnS core/shell QDs and their
stabilization using microwave irradiation is described. This methodology is based in the procedure described by Peng
et al. and Song et al.3,4 where the QDs are synthesized in organic media at high temperatures and protected with
hydrophobic capping agents such as trioctylphosphine oxide (TOPO) and trioctylphosphine (TOP) which are not
compatible with analytical useful aqueous assay conditions. The emission spectra of the QD show a broad band
between 520-650 nm with the maximum wavelength in 587 nm and 4 nm as particle size. The water solubilization of
CdSe/ZnS QDs was achieved by replacing the initial hydrophobic ligands (TOPO and TOP) with hydrophilic
heterobifunctional thiol ligands such as L-cysteine, 3-mercaptopropionic acid and cysteamine. First, the TOPO/TOP
was removed from the surface of QDs by triple washing in methanol. Next, the thiol groups anchor these ligands onto
the surface of ZnS shell of QDs and the carboxyl and amine moiety confers water solubility. Microwave irradiation is
tremendously useful to carry out the surface thiol modifications of QDs being sufficiently time-economizing (only 40 s
are required) in a simple way in comparison to the other methods which require long time consuming. Several
optimization studies based on activation-time, irradiation-time, concentration of ligands, pH and lifetime fluorescent
properties were carried out in order to obtain the best modification conditions. By the proposed method, the resulting
water-soluble QDs present an emission maximum at 580 nm with a high and reproducibility photostability. The
detection of the several analytes, such as drugs, pesticides and herbicides, based on the quenching of the
fluorescence intensity of a hybrid CdSe/ZnS nanocomposite also has been studied.
Acknowledgements: Work supported by Project CTQ2010-61830 (MICINN and FEDER funds. M. Zougagh thanks the Junta de Comunidades de
Castilla-La Mancha for an “INCRECYT” research contract.
1
Campos, B.B., Algarra, M., Esteves da Silva, J.C.G., J. Fluoresc. 20 (2010) 143 Dong, W., Shen, H-B., Liu, X-H, Li, M-J., Li, L-S., Spectrochimica Acta Part A 78 (2011) 537 3
Peng, Z.A., Peng, X. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 183 4
Song, K.K., Lee, S. Curr. Appl. Phys. 2001, 1, 169 2
A17
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
CHARACTERIZATION AND KINETIC STUDIES OF THE SYNTHESIS OF GOLD
NANOPARTICLES WITH PHENOLIC ACIDS
Mónica Ávila1, Mohammed Zougagh2,3, Alberto Escarpa4 and Ángel Ríos1, 3
1Department
of Analytical Chemistry and Food Technology, University of Catilla-La Mancha, E-13004 Ciudad Real,
Spain
2Scientific and Technological Park of Albacete, E-02006 Albacete, Spain
3Regional Institute for Applied Science Research, IRICA, E-13004 Ciudad Real, Spain
4Department of Analytical Chemistry and Chemical Engineering, University of Alcalá, Alcalá de Henares, E-28872
Madrid, Spain
Abstract:
Metal nanoparticles are attracting much attention from chemist, biologist, and materials scientist because of their
unusual photoelectronic and chemical properties, which have potential applications in nanoelectronics,
bioelectronics, biological processes, and catalysisi. Noble metal nanoparticles exhibit an unique UV-Vis absorption
band derived from collective oscillation of conduction electrons upon interaction with electromagnetic radiation, which
is known as localized surface plasmon resonance (LSPR). The optical response of noble metal nanoparticles is now
being investigated for their potential in spectroscopy, biosensing applications and diagnostic methods in medicineii.
Au-NPs have the ability to provide stable inmobilization of biomolecules, whilst retaining their bioactivities. This is one
of the major advantages of Au-NPs for the preparation and application in biosensor. Metal nanoparticles are
attractive due to their easy synthesis, modification as well as their size, shape, distribution which are properties
dependent.
A variety of different studies on influence of pH, ionic strength, buffer concentration or metal nature have been
developed so far. Nevertheless, the majorities of these studies are focused in the optimization of the final result of
the nanoparticles synthesis process, but does not matter how these parameters affect this process itself. Sodium
borohydride (NaBH4) or sodium citrate are the often reducing agent employed. From our point of view, a so important
factor as the influence of reducing agent nature in the Au-NPs formation has not been properly studied. The
antioxidant properties of phenolics acids are widely known. In this work, this reducing capacity has been proposed as
a “green-alternative” of gold nanoparticles generation. In this case, three of the most representative phenolics acids
belong to hydroxicinnamic and hydroxibenzoic acids have been selected. These selected analytes were cafeic,
synaptic and ferulic acid, from hidroxicinnamic acids family; and protocatequic, siringic and vanillilic acid, from
hidroxibenzoic acids family.
This work is focused in investigate the role of reducing capacity and rate concentration of different phenolic acids, in
the gold nanoparticles synthesis through a liquid-phase based method. Function of reducing agent in the formation
and growth of Au-NPs will be then identified by UV-Vis spectrometry technique.
1,6
1,6
1,6
A 1
A 2
1,2
Abs (U.A.)
0,8
0,4
0,8
0,4
0
500
600
700
800
900
0
400
500
600
λ (nm)
700
800
900
400
1,6
B1
1,2
0,4
B2
0,8
800
900
900
700
800
900
B3
0,8
0,4
0
700
λ (nm)
800
1,2
0,4
0
700
λ (nm)
Abs (U.A.)
Abs (U.A.)
0,8
600
600
1,6
1,2
500
500
λ (nm)
1,6
400
0,8
0,4
0
400
Abs (U.A.)
A 3
1,2
Abs (U.A.)
Abs (U.A.)
1,2
0
400
500
600
700
λ (nm)
800
900
400
500
600
λ (nm)
Figure 1: Au-NPs spectra and chemical structures of phenolic acis studied. Hydroxicinnamic acids: A 1 Caffeic acic,
A 2 Synaptic acid, A 3 Ferulic acid; Hydroxybenzoic: B 1 Protocatechuic acid, B 2 Siringic acid, B 3 Vanillilic acid.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A17
On the other hand, evaporative light scattering detection (ELSD) offers freedom from some of the limitation of
spectroscopic detection because it is not limited to compounds that contain UV- Vis absorbing chromophores. The
reason of that is ELSD, in general, deliver a signal for all compounds that do not evaporate or decompose during the
mobile-phase evaporation stage. Low molecular weight compounds can be detected but with a low sensitivity. In this
work we propose a light scattering detection method of phenolic acids basing in the formation of nanoparticles (NPs)
hidroxibenzoic and hidroxicinamic acids. Moreover, the totally different back up regarding UV-Vis detection system,
results in a two complementary characterization techniques.
Acknowledgments: Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN) and JCCM are gratefully acknowledged for funding this work with s
CTQ2010 61830 and grant PCC08 0015-0722, respectively.
A18
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
THERMODYNAMIC AND KINETIC STUDIES OF THE FORMATION OF METAL
NANOPARTICLES BY THE EFFECT OF PHENOLIC ACIDS
M.J. Lerma-García1,2, M. Ávila1,2, M. Zougagh2,3 and A. Ríos1,2
1Department
of Analytical Chemistry and Food Technology, University of Castilla – La Mancha, E-13004, Ciudad
Real, Spain
2Regional Institute for Applied Chemistry Research, IRICA, E-13004, Ciudad Real, Spain
3Albacete Science and Technology Park, E-02006, Albacete, Spain
Abstract:
Due to their fascinating physicochemical properties, metal nanoparticles have attracted intensive research interests
from optical, electronic, magnetic, and chemical points of view. As an example, nanoparticles can be used as labels
for optical biodetection, substrate for multiplexed aqueous bioassays, probes for cellular imaging or carriers for
therapeutic delivery.
Noble metal nanoparticles exhibit a unique UV–Vis absorption band derived from collective oscillation of conduction
electrons upon interaction with electromagnetic radiation. Thus, the kinetics of particle formation can be followed by
UV–Vis spectroscopy, which is applied to the characterization of metal and semiconductor nanoparticles with
plasmon resonance lines in the visible range.
On the other hand, metal nanoparticles are attractive due to their easy synthesis, being the most determining factors
in the formation of nanoparticles the noble metal selected and the reducing agent. In this work, four different metals
(gold, silver, copper and platinum), characterized by different reduction potentials, have been selected for the
synthesis of nanoparticles using three different phenolic acids (caffeic, protocatechuic and sinapic) as reducing
agents. These phenolic acids are also characterized by a different reducing capacity. Then, the aim of this study has
been the comparison of the different thermodynamic and kinetics obtained for the different metals with the three
reducing agents. As the optical properties of nanoparticles are strongly influenced by the reaction conditions, specific
conditions such as acidity and ionic strength of the medium (buffer concentration), temperature and metal and
reducing agent concentrations have been adopted in order to compare the nanoparticles and the kinetics obtained by
the different metals and phenolic acids. The Vis spectra obtained for the different metals with the three phenolic acids
are shown in Figure 1.
0.6
Absorbance
(A)
0.4
0.2
0
400
500
600
700
Wav elength (nm)
0.6
Absorbance
Absorbance
0.6
800
900
(B)
0.4
0.2
0
400
500
600
(C)
Au
Ag
Pt
Cu
0.4
0.2
0
400
700
Wav elength (nm)
500
600
700
Wav elength (nm)
800
900
800
900
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A18
Figure 1: Vis spectra obtained for the different metals with (A) caffeic acid, (B) protocatechuic acid and (C) sinapic
acid as reducing agent.
As observed, the formed nanoparticles showed the highest absorption plasmon bands at different wavelengths
depending on the reducing agent used.
Regarding thermodynamic and kinetics, the formation of metal nanoparticles was followed spectrophotometrically by
measuring the absorbance for each metal-phenolic acid pair at the maximum observed in Figure 1. To maintain the
pseudo-first-order conditions, metal concentration was kept in large excess over phenolic acid concentration. As
expected, more rapid kinetics were obtained with those metals with a high reduction potential, such as gold and
silver. In addition to this, differences for a same metal were also observed using the three different phenolic acids.
The differences in the kinetic behaviour of the formation of metal nanoparticles have been used for the simultaneous
determination of phenolic acids.
Acknowledgements: Work supported by Project CTQ2010-61830 (MICINN and Feder funds). M.J. Lerma-García and M. Ávila thanks the Junta
de Comunidades de Castilla – La Mancha and the Fondo Social Europeo for a research post-doc and a PhD fellowship, respectively. M. Zougagh
also thanks the Junta de Comunidades de Castilla – La Mancha for an “INCRECYT” research contract
.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A19
Síntesis y caracterización de conjugados de Melamina con Quantum Dots y su aplicación
al desarrollo de un inmunoensayo luminiscente.
Laura Trapiella-Alfonso, J. M. Costa-Fernández, Rosario Pereiro, Alfredo Sanz-Medel
Departamento de Química Física y Analítica de la Universidad de Oviedo
C/ Julián Clavería, 8. 33006 Oviedo
Web: www.unioviedo.es/analyticalspectrometry
Resumen:
La melamina es un compuesto orgánico utilizado en la industria para la síntesis de resinas y la fabricación de una
amplia variedad de productos como laminados, recubrimientos plásticos, pegamentos o adhesivos. Debido a su alto
contenido de nitrógeno (66%) y su bajo costo recientemente se ha detectado una incorporación fraudulenta de la
melamina en leches fórmula para bebés, productos lácteos, gluten de trigo y alimentos para mascotas con el fin de
elevar el valor de proteína cruda aparente. Desde un punto de vista sanitario, la ingesta de melamina puede
conducir a daños en el sistema reproductivo, producción de cálculos renales o de vejiga e incluso llegar a
desencadenar cáncer de vejiga. Por todo ello, la OMS/FAO planteó la necesidad de llevar a cabo controles
adecuados de dicha especie, tanto en la cadena de producción lechera como en los derivados lácteos elaborados,
estableciendo un límite máximo permitido de 1 mg/kg y 2,5 mg/kg de melamina en las leches fórmula infantiles y los
productos lácteos, respectivamente.Las pruebas convencionales estándar para la determinación del contenido
proteico de los alimentos, (p.ej. el método de Kjeldahl), no son capaces de diferenciar entre el nitrógeno exógeno
(añadido intencionadamente) y el endógeno (propio de las proteínas presentes en los alimentos), ya que miden el
nitrógeno elemental y no las especies que lo contienen. Por eso existe una demanda de nuevas metodologías
analíticas capaces de determinar no sólo el nitrógeno proteico sino la especie que lo contiene.
En esta comunicación se muestran los resultados obtenidos para la determinación de melamina en la leche
aplicando una metodología basada en el empleo de quantum dots (QDs) como marcas luminiscentes para
inmunoensayos. Debido al pequeño tamaño de la melamina el formato de inmunoensayo puesto a punto se
restringe al esquema competitivo, donde el antígeno (melamina) y el antígeno marcado (melamina-BSA-QDs)
compiten por los limitados sitios de unión del anticuerpo inmovilizado.
En un primer lugar se llevó a cabo la conjugación de la melanina con la BSA, mediante el empleo de un kit
comercial, procediendo a realizarse una caracterización exhaustiva del conjugado Melamina-BSA mediante la
combinación de técnicas de masas moleculares (MALDI) y técnicas espectroscópicas (Fluorescencia, Absorbancia,
test de Bradford) Una vez determinado el peso molecular del conjugado, el ratio Melamina:BSA y la concentración
de melanina y BSA en el conjugado se procedió a realizar la posterior bioconjugación de este conjugado a QDs de
naturaleza CdSe/ZnS, empleando la química de la carbodiimida. Gracias a la diferencia de pesos moleculares entre
conjugado (71 KDa) y bioconjugado (>150 KDa) se pudo recurrir a la ultrafiltración como técnica de purificación del
bioconjugado sintetizado. La concentración final de melamina en dicho bioconjugado pudo ser calculada
indirectamente mediante el test de Bradford. Finalmente se llevó a cabo el desarrollo del inmunoensayo fluorescente
para la determinación de Melamina en leche. Este inmunoensayo cubre las necesidades requeridas por la
OMS/FAO y se podría emplear como una metodología sencilla, barata y rápida en la detección de adulterantes de la
leche.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A20
ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE LA ESPECTROMETRÍA ELEMENTAL Y MOLECULAR
COMO TÉCNICAS DE DETECCIÓN DE PARA EL ESTUDIO DE INMUNOENSAYOS
BASADOS EN QUANTUM DOTS
Antonio R. Montoro Bustos, Laura Trapiella-Alfonso, Jorge Ruiz Encinar, José M. Costa-Fernández, Rosario
Pereiro, Alfredo Sanz-Medel
Departamento de Química Física y Analítica. Universidad de Oviedo
C/Julián Clavería 8, 33006. Oviedo
Email: [email protected]
Resumen:
En la última década, las nanopartículas semiconductoras luminiscentes, más conocidas como “Quantum Dots”
(QDs) han sido empleadas frecuentemente en el desarrollo de inmunosensores e inmunoensayos luminiscentes,
demostrando poseer unas prestaciones muy superiores a los inmunoensayos convencionales en diferentes
formatos, tales como western blotting y microarrays.
En estudios previos llevados a cabo en nuestro laboratorio se ha demostrado que la Espectrometría de Masas con
fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS) desempeña un papel fundamental en la evaluación de los
procesos de síntesis de QDs de CdSe, ayudando a controlar las condiciones experimentales que permiten obtener
nanopartículas bien definidas y reproducibles, y proporcionando además, información cuantitativa fiable sobre el
cómputo del número de átomos (de Cd y Se) y de la estequiometría elemental de las nanopartículas1. Además, se
ha estudiado el potencial que ofrece la combinación entre el ICP-MS con técnicas cromatográficas y la fluorescencia
molecular como herramientas de diagnóstico para evaluar la calidad de QDs solubles en fase acuosa (con
recubrimiento con polímero anfifílico) y para investigar la efectividad de la bioconjugación de QDs a anticuerpos,
demostrándose que la integración entre la información elemental y molecular es necesaria para alcanzar una
completa caracterización de los bioconjugados basados en QDs2.
En este contexto, en esta comunicación se presenta una comparación crítica entre la Espectrometría de Masas
Elemental (ICP-MS) y la Fluorescencia Molecular como principios de detección en inmunoensayos basados en QDs,
mostrando las ventajas e inconvenientes de ambas técnicas de detección. Se ha evaluado comparativamente el
empleo de QDs como marcas “fluorescentes y moleculares” empleando un esquema de inmunoensayo competitivo
para la detección sensible y cuantificación de progesterona en leche de vaca, basado en el uso de nanopartículas
coloidales de CdSe/ZnS solubles en fase acuosa, que ha sido recientemente desarrollado en nuestro laboratorio3. El
estudio realizado ha puesto de manifiesto que la información elemental cuantitativa proporcionada por el ICP-MS
para este inmunoensayo basado en QDs permite obtener unas características analíticas muy prometedoras. Es
necesario destacar la gran mejora en términos de sensibilidad, alrededor de dos órdenes de magnitud, que se
consigue con la cuantificación elemental comparada con la basada en fluorescencia, alcanzándose límites de
detección en el rango de las pocas ppts para la progesterona en leche de vaca.
Antonio R. Montoro Bustos, Jorge Ruiz Encinar, María T. Fernández-Argüelles, José M. Costa-Fernández y Alfredo Sanz-Medel; Chem.
Commun., 2009, 3107-3109.
2 Laura Trapiella-Alfonso, Antonio R. Montoro Bustos, Jorge Ruiz Encinar, Jose M. Costa-Fernández, Rosario Pereiro y Alfredo Sanz-Medel;
Nanoscale, 2011, 3, 954-957.
3 Laura. Trapiella-Alfonso, José M. Costa-Fernández, Rosario Pereiro y Alfredo Sanz-Medel, Biosens. Bioelectron, 2011,
doi:10.1016/j.bios.2011.05.044
1
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A21
DETECCIÓN CROMO-FLUOROGÉNICA DE MONÓXIDO DE CARBONO EN AIRE VIA
COORDINACIÓN AXIAL REVERSIBLE CON COMPLEJOS DINUCLEARES DE RODIO
María E. Moragues*, Julio Esteban, Jose Vicente Ros-Lis, Ramón Martínez-Máñez, M. Dolores Marcos, Félix
Sancenón y Juan Soto
Instituto de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de
vera s/n, 46022, Valencia, España. CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Continuando con nuestro interés por el desarrollo de nuevos sistemas cromo-fluorogénicos y movidos por la
ausencia de sensores capaces de detectar monóxido de carbono en aire a muy bajas concentraciones, presentamos
una familia de complejos dinucleares de rodio de fórmula [Rh2[(XC6H3)P(XC6H4)2]n(O2CR)4-n]·L2. Éstos contienen una
o dos fosfinas orto-metaladas dispuestas cabeza con cola y tres o dos ligandos acetato puente y diferentes ligandos
axiales. Al exponer los sólidos silíceos conteniendo los complejos de rodio a muestras de aire con diferentes
concentraciones de CO, se observa (Figura 1) que el color morado inicial cambia según si el CO coordina a los
complejos en una posición axil (salmón) o en las dos (amarillo). Dicha coordinación axial de CO resulta ser
reversible y altamente selectiva para todas las sondas estudiadas.iii Además, los cambios de color son observables
a simple vista y los límites detección determinados varían en un rango lo suficientemente amplio (0.2 – 52 ppm)
como para pensar en un posible sistema de determinación semicuantitativa de CO en aire. En la Figura 2 se
muestra un ejemplo de sistema para la determinación semicuantitativa de CO en aire combinando tres de las seis
sondas descritas en el último trabajo.
X
XC6H4
XC6H4
L
X
XC6H4
R
P
R
XC6H4
O
O
Rh
P
O
P
CO
L
Rh
L
C6H4X
O
O
Rh
O
C6H4X
P
O
R
Rh
CO
C6H4X
R
X
X
compound · L2
X
compound · (L, CO)
CO
XC6H4
XC6H4
OC
R
P
O
O
Rh
P
O
Rh
CO
C6H4X
O
C6H4X
R
X
O
C6H4X
compound · (CO)2
Figura 1: Esquema de la coordinación axial reversible de CO.
V Workshop NyNA 2011: Desarrollo y caracterización de nuevos materiales
A21
Figura 2: Dispositivo de detección semicuantitativa de CO en aire basado en el cambio de color de tres sondas.
Para completar el estudio de la detección de CO mediante el uso de estos complejos dinucleares de rodio como
moléculas coordinantes, llevaremos a cabo el anclado de unidades indicadoras fluorescentes en las posiciones
axiales. De esta forma, cuando el CO interaccione con la unidad coordinante (coordine axialmente a los complejos
de rodio) se producirá una perturbación en las propiedades fluorescentes de la unidad indicadora pudiendo llevar a
la detección del analito en cuestión. Esta segunda parte del trabajo resulta de especial interés ya que deja abierta la
posibilidad de aplicación de estos complejos presentados para la detección fluorimétrica de monóxido de carbono en
células.
Si, S., Bhattacharjee, R. R., Benerjee, A., and Mandal, T. K. Chem. Eur. J. 12 (2006) 1256
Zaheer, Z., Malik, M. A., Al-Nowaiser, F.M., Zaheer, and K., Colloids Surf., B, 81 (2010) 587
iii J. Esteban, J.V. ros-Lis, R. Martínez-Máñez, M.D. Marcos, M. Moragues, J. Soto, F. Sancenón, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 4934-4937.
i
ii
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B1
CROSS REACTIVITY WITH ELECTROACTIVE COMPOUNDS IN THE NANOSTRUCTURED
APTASENSOR FOR OCHRATOXIN A DETERMINATION
Alba Ezquerra1*, Susana Hernández2, Laura Bonel2, Juan C Vidal and Juan R Castillo1
1Institute
of Environmental Sciences (IUCA), Analytical Spectroscopy and Sensors Group (GEAS), University of
Zaragoza. Ciudad Universitaria, 50009, ZARAGOZA. Spain
2CAPHER IDI S.L, C/Ermesinda de Aragón , 4, c 116, 50012, ZARAGOZA. Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
The problem of the presence of ochratoxin A (OTA), implies strict regulation, in which accredited laboratories for
analysis using validated analytical methods are working.
Since a large number of mycotoxins exist, analytical methodology has to search for each case selectivity (or
specificity preferably) needed to avoid interference between them (eg. differentiating ochratoxin A, B and C that differ
in only one Cl atom).
In the case of HPLC-FLD (high pressure liquid chromatography with fluorescence detector) method, this crossreactivity with other mycotoxins present in the sample has no influence. The pretreatment method of the sample
makes use of immunoaffinity columns (IACs) that contain highly selective monoclonal antibodies specific to the
molecule of interest, in this case the OTA.
In the case of our nanostructured electrochemical aptasensor was necessary to study the selectivity and specificity of
the biorecognition element, in this case the synthesized aptamer specific to OTA.
Cross-reactivity studies were made with the molecule ochratoxin B (OTB), modifying its concentration in the range 050 ng / ml and a fixed concentration of OTA-HRP (1 ng / ml), previously optimized in the aptasennsor developed.
The results showed that competition produces no reaction with the OTA-HRP to the biotinylated aptamer, so it can
be concluded that the synthesized aptamer does not react with the OTB.
We also studied the interference of two molecules: hydroxy-naphthoic acid (HNA) and L-phenylalanine (L-Phe),
which, although not mycotoxins, have a chemical structure very common in many of them. The chemical structure of
the OTA is a cyclic structure 3, 4-dihydro-3-methyl-isocoumarin group linked via 7-carboxy group of L-βphenylalanine by an amide bond.
There was a fixed concentration of L-Phe HNA and 10 ng / ml, 5 ng / ml of OTA and 1 ng / ml of OTA-HRP. After
performing the stage of competition, a decrease in the signal of 10% when comparing the results in the presence and
absence of L-Phe.
Acknowledgements: Thanks to the Government of Aragon (Department of Science, Technology and University) a Predoctoral Grant B007/1 and
the Science and Innovation Ministry for two new contracts INC10-0178 (INNCORPORA) and PTQ-10-03580 (TORRES QUEVEDO)
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B2
DEVELOPMENT OF NEW STRATEGIES FOR SENSING APPLICATIONS USING THE
CHEMISTRY OF DIAZONIUM GROUP
Javier M.González-Costas1, Sihem Mbarek1,2 and Elisa González-Romero1
1University
of Vigo, Analytical and Food Chemistry Dpt., Chemistry Faculty, 36310 Vigo, Spain
Institute of Biotechnology at Sidi Thabet, Laboratory of General and Comparative Ecophysiology , 2020
Ariana. Tunisia
2Higher
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
Abstract:
In recent years, it has intensified the use of screen-printed electrodes (SPE), because it allows for miniaturized and
disposable devices that provide a fast and reliable diagnosis.
On the other hand, atom transfer radical polymerization (ATRP), is one of the most investigated methods of
controlled radical polymerization as it can be performed with a variety of functional monomers. The use of aryl
diazonium salts as monomers is indeed an elegant way to modify conducting substrates such as carbon and others
semiconducting SPE. The grafted species can bear a variety of functional groups depending on the target
applications such as the detection of molecules of biomedical interest, the development of selective biosensores,
electrodes for the study of the direct electron transfer to proteins and biocompatible surfaces1.
An example of this work is the preparation of a biosensor for the detection of polyphenols, using the enzyme
tyrosinase. This enzyme has been immobilized on the functionalized surface of SPE with arendiazonium ion
derivative by electrochemical reduction and following of diazotization and coupling reactions sequence. The
enzymatic current response of catechol is amplified when L-ascorbic acid is present in the solution2.
Other illustrative examples on the usefulness of the chemistry of diazonium group for sensing applications and some
of our recent results with the incorporation of nanostructures in the sensing device will be presented and discussed.
Acknowledgements: Financial support from AECID-PCI-Mediterráneo (A/028138/09 and A/031592/10) and MICINN (CTQ200805775)
1
2
González-Romero, E. et al, from abstract of papers, 239th ACS National Meeting, San Francisco, CA, United States, March 21-25 (2010)
Uchiyama, S et al, Anal. Chim. Acta, 276 (1993) 341
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B3
DETERMINACIÓN DE MERCURIO EN AGUAS AMBIENTALES MEDIANTE
VOLTAMPEROMETRÍA DE REDISOLUCIÓN ANÓDICA SOBRE ELECTRODOS
SERIGRAFIADOS DE CARBONO MODIFICADOS CON NANOPARTÍCULAS DE ORO
E. Bernalte, C. Marín Sánchez y E. Pinilla Gil*
Departamento de Química Analítica. Fac. de Ciencias, Univ.de Extremadura, Avda. de Elvas s/n, 06006. Badajoz,
España
*E-mail: [email protected]
Resumen:
El mercurio continúa siendo uno de los contaminantes más preocupantes a escala mundial por la toxicidad y
movilidad de sus especies en los diferentes compartimentos ambientales, su capacidad de bioacumulación y, como
consecuencia, su impacto en la salud humana y los ecosistemas.
Los métodos analíticos estandarizados para la determinación de mercurio en muestras ambientales, basados
principalmente en la espectrometría de absorción atómica con vapor frío (CVAAS), la espectrometría de
fluorescencia atómica con vapor frío (CVAFS) o la espectrometría de masas unida a un plasma acoplado por
inducción (ICP-MS), presentan ciertas desventajas derivadas de su complejidad y elevado coste, especialmente
para aplicaciones “in situ” o en laboratorios descentralizados. Las técnicas electroanalíticas de redisolución, por el
contrario, se presentan como una alternativa válida en estas situaciones, resultando atractivas para la determinación
de trazas de metales pesados por su simplicidad, pequeño tamaño y rapidez, sin detrimento de la sensibilidad o la
fiabilidad de las medidas. Concretamente, para la determinación de mercurio, se describen en la bibliografía
diferentes aplicaciones en las cuales se utiliza la voltamperometría de redisolución anódica y se apuesta por la
utilización del oro como el mejor material para fabricar los electrodos de trabajo (sólido, película, alambre…) debido
a su elevada afinidad por el mercurio, lo que mejora el efecto de preconcentración. La sustitución de electrodos
convencionales por electrodos serigrafiados (SPE) está permitiendo explorar otras opciones en este campo.
Asimismo, en los últimos años, la utilización de las nanopartículas metálicas para la modificación de los electrodos
convencionales, está siendo otra línea de investigación de notable interés también para su aplicación en el campo
medioambiental, debido a que poseen una gran superficie, favorecen el transporte de masa, permiten obtener bajos
límites de detección y una mejor relación señal-ruido en voltamperometría1.
Por todo ello, los objetivos de este trabajo se han centrado en el desarrollo de metodologías analíticas mediante el
empleo de sensores electroquímicos comerciales basados en electrodos impresos de carbono modificados con
nanopartículas de oro (SPCE-AuNPs) para la determinación de Hg(II) y su aplicación en muestras de aguas
ambientales mediante voltamperometría de redisolución anódica de onda cuadrada (SWASV), sobre lo cual no se
han encontrado referencias bibliográficas.
Para obtener un método fiable para la determinación de Hg(II), se llevó a cabo el estudio de todas las variables
químicas e instrumentales involucradas en la determinación mediante SWASV. En concreto, utilizando una
disolución patrón de Hg(II) de 50 ng/mL y realizando análisis por triplicado, se estudió detalladamente la influencia
de la velocidad de agitación (0 a 1200rpm), la altura del escalón de potencial (1 a 10 mV), la amplitud (10 a 80 mV),
la frecuencia (5 a 55 Hz), el potencial de deposición (-0,1 a +0,3 V) y el tiempo de deposición (20 a 300 s), utilizando
como electrolito soporte HCl 0.1M.
La repetibilidad de los SPCE-AUNPs se evaluó aplicando el método optimizado a la determinación de 50 ng/mL de
Hg(II) en HCl 0,1M utilizando 5 electrodos diferentes, obteniéndose una muy buena desviación estándar relativa de
4,2 %, similar a la descrita por nuestro grupo de investigación2 en la determinación de Hg(II) mediante SWASV
utilizando electrodos serigrafiados de oro (SPGE). Asimismo, se evaluó la repetibilidad de 30 medidas realizadas en
un mismo SPCE-AuNP, obteniéndose una aceptable desviación estándar relativa del 5%, lo que indica una buena
estabilidad de la superficie del electrodo modificado en la determinación de Hg(II).
La recta de calibrado para Hg(II) utilizando SPCE-AuNPs fue construida analizando por triplicado concentraciones
crecientes de 5 a 20 ng/mL. Para un tiempo de deposición de 120 s, se obtuvo un límite de detección, de acuerdo
1
2
Campbell, F.W., Compton, R.G. Anal. Bioanal. Chem. 396 (2010) 241
Bernalte, E., Marín Sánchez, C., Pinilla Gil, E. Anal. Chim. Acta, 689 (2011) 60
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B3
con el criterio IUPAC, de 0,88 ng/mL, inferior al obtenido para Hg(II) utilizando SPGE e inferior a los descritos por
otros autores en la bibliografía para otro tipo de electrodos impresos de oro.
El método optimizado fue validado utilizando el material de referencia NIST Standard Referente Material ® 1641d
Mercury in water. Los análisis se realizaron por triplicado y se obtuvieron recuperaciones entre el 97 y el 105 %,
demostrándose así la capacidad del método para la determinación de Hg(II) en aguas.
La aplicabilidad de estos electrodos SPCE-AuNPs para el análisis de Hg(II) se demostró mediante el análisis de tres
tipos de muestras reales de aguas ambientales de diferente procedencia: agua de lluvia, agua de río y agua residual
industrial. En ninguno de los casos, las muestras fueron sometidas a pretratamiento, tan solo fueron filtradas a
través de una membrana de teflón de 0,25 m y acidificadas con HCl hasta una concentración final 0.1M. En las
muestras de agua de lluvia y agua de río no se observó señal de mercurio, por lo que las muestras fueron
contaminadas adicionando la cantidad de patrón necesaria para obtener una concentración de Hg(II) en la celda de
unos 12 ng/mL. En el primer caso, se obtuvieron recuperaciones comprendidas entre 98 y 101% y, en el segundo
caso, las recuperaciones oscilaron entre 83 y 94%, probablemente debido a la mayor cantidad de materia orgánica
presente en la muestra. La cuantificación de Hg(II) en la muestra de agua residual se llevó a cabo por adición patrón
de 2, 4, 6 y 8 ng/mL de Hg(II) sobre la propia muestra, estimándose una concentración del mismo de 2,1±0,6 ng/mL,
el cual estaba de acuerdo con el obtenido por contraste con ICP-MS donde se cuantificó una concentración de
2,34±0,06 ng/mL de Hg(II).
Agradecimientos: Este trabajo está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto CTQ2008-06657/BQU), por la Junta de
Extremadura (GR10091) y por la Unión Europea (FEDER). E. Bernalte agradece la ayuda recibida por la Consejería de Economía Comercio e
Innovación, por la concesión de la beca predoctoral (PRE09107)
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B4
NANOSTRUCTURED PALLADIUM-BASED FIBERS COMBINED WITH DIRECT THERMAL
DESORPTION IN A MODIFIED ABSORPTION CELL FOR THE DETERMINATION OF HG BY
ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY
V. Romero, I. Costas-Mora, F. Pena-Pereira, I. Lavilla and C. Bendicho*
Departamento de Química Analítica y Alimentaria, Area de Química Analítica, Facultad de Química, Universidad de
Vigo, Campus As Lagoas-Marcosende s/n, 36310 Vigo, Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
In the last years, miniaturized and solventless sample preparation techniques such as solid phase microextraction
(SPME) have received an increasing attention. SPME has several advantages over traditional extraction methods. It
is rapid, simple, solvent free, sensitive and compatible with different detection techniques. On the other hand, one of
the main drawbacks of the technique is the limited range of coatings that are commercially available. Other potential
limitations include instability and swelling in organic solvents, breakage of the fiber, stripping of coatings or bending
of the needle. Advances in SPME methodology are focused on solving these problems with the development of new
coatings having higher extraction efficiencies, selectivity, and stability.
Nanostructured materials have shown a large potential for analytical applications due to their high surface area and
the large number of active sites on its surface. Nanomaterials can be applied for sorption of target analytes.
As far as we know, noble metals have not been implemented in SPME devices for preconcentration of Hg. In this
work, nanostructured palladium-based fibers (Pd-coated SiO2 and Pd-coated stainless steel wire) are prepared for
microextraction of Hg prior to detection by atomic absorption spectrometry. Also noble metal wires (Pd, Au and Pt)
have been tried in this work for headspace-SPME of elemental Hg.
For the preparation of nanostructured noble metal-based fibers, procedures based on the reduction of metal ions
were followed. To reduce the metal precursor we can use chemical reductants as hydrazine dihydrochloride or
reduction assisted by ultrasound irradiation.
Noble metal wires (Pd, Au and Pt) could not be assembled in the SPME device due to their poor mechanical
resistance. Therefore, wires were protected inside a needle during the sampling operation and the injection into the
quartz T-cell. On the other hand, the Pd-coated SiO2 and Pd-coated stainless steel fibers could be easily assembled
in the SPME device.
Experiments carried out with the Pd-coated SiO2 fiber showed that amalgamation efficiency was slightly lesser than
that obtained with the Pd and Au wires. Pd-coated stainless steel wires can be implemented in the SPME device, but
absorbance signals obtained with these wires were ten times lesser than those obtained with the palladium wire and
the lifetime of this phase was short.
Amalgamation of Hg vapour onto nanostructured palladium-based fibers and noble metal wires after in situ cold
vapour generation, along with a new design of the quartz T-cell employed for absorption measurements, provided a
simple, effective, reliable and cost-effective approach for determination of Hg at ultratrace level1,2,3,4.
Acknowledgments: Financial support from the Xunta de Galicia (project 10PXIB 314030 PR) and the Spanish Ministry of Science and Innovation
(Project CTQ2009-06956/BQU) is gratefully acknowledged. We thank the CACTI facilities (University of Vigo) for recording the SEM images
1
Bendicho, C., Lavilla, I., Pena, F., Costas, M. Green Analytical Methods, Royal Society of Chemistry, 2011
Shi, Z., Wu, S., Szpunar, J.A. Chem. Phys. Lett., 422 (2006) 147
3Nemancha, A., Rehspringer, J.L., Khatmi, D. J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 383
4Romero, V., Costas-Mora, I., Lavilla, I., Bendicho, C. Spectrochim. Acta Part B, 66 (2011) 156
2
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B5
NANOSTRUCTURED BIOSENSOR FOR FUMONISIN B1 BASED ON PARAMAGNETIC
BEADS AND A MONOCLONAL ANTIBODY
Alba Ezquerra1*, Susana Hernández2, Laura Bonel2, and Juan C Vidal1 and Juan R Castillo1
1Institute
of Environmental Sciences (IUCA), Analytical Spectroscopy and Sensors Group (GEAS), University of
Zaragoza. Ciudad Universitaria, 50009, ZARAGOZA. Spain
2CAPHER IDI S.L, C/Ermesinda de Aragón , 4, c 116, 50012, ZARAGOZA. Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Fumonisin B1 (FB1) is a mycotoxin produced by several Fusarium fungi, classified as a possible human carcinogen
agent by the IARC (International Agency for Research on Cancer) in Group 2B (2002). In animals, this mycotoxin
causes diseases such as equine leukoencephalomalacia (ELEM) in horses and pulmonary oedema (PE) in pigs.
Other toxic effects include carcinogenicity, hepatotoxicity, nephrotoxicity and effects on the immune system. In
humans, ingestion of these toxins is linked to high rate of esophageal cancer in areas of South Africa and China.
Therefore the European Commission suggests that the maximum tolerable intake of fumonisin is 2 µg kg-1 body
weight.
A nanostructured amperometric immunosensor with disposable screen-printed carbon electrodes (SPCEs) is a
valuable analytical tool that can be used in a portable system for in situ determination of this mycotoxin, with a
sensitivity and selectivity comparable or superior to that obtained by traditional ELISA methods but with a much lower
reagent consumption and a decrease in the time necessary of the determination.
This work has been initiated to study the bioaffinity reaction between a monoclonal antibody to FB1 and this
mycotoxin by ELISA. The development of different schemes for obtaining a direct competitive immunosensor for FB1
has been also studied, using a specific monoclonal antibody and magnetic nanoparticles functionalized with tosyl
group.
This study will allow the design of various schemes of the immunoassay in solution and a good electrochemical
detection on the SPCEs surface, avoiding problems of nonspecific adsorption or electroactive interferences. Finally,
we discuss the advantages of using Surface Plasmon Resonance (SPR) for detection of biorecognition signal
between monoclonal antibody and FB1.
Figure 1: Competitive indirect scheme for the determination of FB1
Acknowledgments: Thanks to the Government of Aragon (Department of Science, Technology and University) a Predoctoral Grant B007/1 and
the Science and Innovation Ministry for two new contracts INC10-0178 (INNCORPORA) and PTQ-10-03580 (TORRES QUEVEDO)
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B6
UTILIZACIÓN DE MATERIALES NANOHÍBRIDOS COMO TRANSDUCTORES DE SENSORES
DE MERCURIO
Daniel Martín Yerga, M. B. González García y A. Costa García*
Departamento de Química Física y Analítica, Facultad de Química, Universidad de Oviedo, Av. Julián Clavería 8,
33006 Oviedo, España
*E-mail: [email protected]
Resumen:
El desarrollo de sensores químicos se ha popularizado en los últimos años debido a la incesable búsqueda del
dispositivo de análisis ideal. Los electrodos serigrafiados son una herramienta especialmente útil para la fabricación
de sensores y biosensores electroquímicos. El uso de nanomateriales proporciona unas propiedades eléctricas
especiales que hacen adecuada su utilización en electrodos serigrafiados para el desarrollo de nuevas aplicaciones.
El mercurio es un metal altamente tóxico, siendo 1 ppb el límite máximo permitido en aguas de consumo. La
determinación electroquímica de mercurio se facilita en gran medida con electrodos de oro debido a la afinidad que
presentan ambos metales entre sí.
El trabajo que se ha realizado consiste en el desarrollo y optimización de un sensor de mercurio utilizando diferentes
transductores electroquímicos nanoestructurados. La base de los transductores son los electrodos serigrafiados de
carbono.
La utilización de nanopartículas de oro sobre los electrodos serigrafiados permite la determinación de
concentraciones muy bajas de mercurio en aguas, gracias a las excelentes propiedades del material nanométrico. Si
además del uso de nanopartículas de oro, la superficie del electrodo se recubre con nanomateriales de carbono,
como nanotubos u óxido de grafeno, se consigue un material nanohíbrido totalmente innovador como superficie
electródica, que es capaz de realzar las características analíticas del método. De esta manera, se ha obtenido un
sensor sencillo y barato, que puede ser utilizado para detectar concentraciones de mercurio más bajas que el límite
permitido por la legislación. El sensor electroquímico nanoestructurado desarrollado es capaz de determinar
simultáneamente y de manera satisfactoria, dos metales tóxicos como plomo y mercurio. Asimismo, se ha realizado
la caracterización microscópica de las superficies nanoestructuradas mediante Microscopía Electrónica de Barrido,
la cual ayuda a observar las diferencias en la morfología de las nanopartículas de oro generadas sobre las
diferentes estructuras de carbono, y a optimizar el transductor.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B7
ESTUDIO COMPARATIVO DE LA UTILIZACIÓN DE VARIOS ELECTRODOS
NANOESTRUCTURADOS DE CARBONO EN LA DETERMINACIÓN DE PARABENOS POR
VOLTAMPEROMETRIA DE REDISOLUCIÓN
A. Zapardiel1*, M. A. Lorenzo1, A. Sánchez-Arribas2, M. Moreno2, E. Bermejo2 y M. Chicharro2
1Dpto.
de Ciencias Analíticas. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED). 28040
Madrid
2 Capillary Electrophoresis Dual Detection Group. Dpto.de Química Analítica y Análisis Instrumental. Facultad de
Ciencias. Universidad Autónoma de Madrid. 28049 Madrid
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Los parabenos (ésteres derivados del ácido 4-hidroxibenzoico) son compuestos ampliamente usados como
antibacterianos en productos cosméticos y de uso personal. Estos compuestos están presentes en las aguas
naturales y son considerados como alteradores endocrinos.
El objeto de este trabajo es realizar un estudio comparativo del comportamiento electroquímico de los parabenos
con dos tipos de electrodos nanoestructurados de carbono: a) Basados en electrodos de carbono vítreo (GCE) y b)
Basados en electrodos serigrafiados de grafito (SPE); todos ellos, modificados con dispersiones de nanotubos de
carbono (CNT) de pared múltiple (MWCNT) en nafión (NAF)1.
A la vista de los procesos de adsorción de los parabenos en los nanotubos de carbono, se ha puesto a punto una
metodología para su análisis por voltamperometría de adsorción-redisolución diferencial de impulso (AdSV-DP) con
optimización de los parámetros de preconcentración y medida.
Las rectas de calibrado obtenidas muestran que en el caso de los electrodos nanoestructurados SPE el límite de
detección es unas veinte veces más sensible que con los electrodos GCE.
Además, se ha estudiado la influencia de compuestos interferentes de tipo fenólico en la señal del Butilparabeno,
ensayado diferentes concentraciones de los interferentes.
Las determinaciones realizadas con agua del río Tormes permiten detectar parabenos al nivel micromolar utilizando
los electrodos nanoestructurados SPE.
Con el empleo previo de polímeros preparados de impresión molecular (MIP)2, se obtienen recuperaciones medias
del 92% y se detectan concentraciones menores de los parabenos.
1
2
Sánchez-Arribas, A y col. Electrophoresis, 30 (2009) 3480
Nuñez, L y col. Talanta, 80 (2010) 1782
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B8
POTENTIOMETRIC SENSORS FOR SMARTER TEXTILES
Tomás Guinovart Pavón, Marc Parrilla, Gastón A. Crespo, F. Xavier Rius and Francisco J. Andrade*
Laboratory of Nanosensors (http://www.quimica.urv.es/quimio/nanosensors/), Departamento de Química Analítica y
Química Orgánica, Universitat Rovira i Virgili, Campus Sescelades, C/ Marcel·lí Domingo s/n, Tarragona, 43007,
Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
For many decades, the incorporation of sensors into textiles has been a dream of scientists and technologists1.
Sensing garments, for example, could have a wide range of applications in biomedical, terrorist threats detection or
environmental monitoring field. Recent progress in flexible electronics has debunked many of the traditional barriers,
such as the lack of practical ways to incorporate electronics into the textiles2. Today, as garments embedded with
whole electronic circuits and wireless transmitters are becoming possible, progress often stumbles upon the lack of
suitable sensors. However, recent progress in this area shows the emergence of a new generation of
electrochemical, wearable sensors.
A major progress on this field was recently achieved by the incorporation carbon nanotubes (CNT) into cotton yarns.
The reported procedures are usually very simple. They require dipping and drying of the cotton threat into a suitable
CNT-surfactant suspension3, leading to the generation of conductive cotton threats covered by CNT. A clear example
of the functionalization of a CNT-cotton polyelectrolyte yarns with suitable antibodies to detect albumin by means of
changes in the resistance of the thread was recently reported4.
In this work, an alternative approach is proposed. CNT-cotton yarns are partially modified with suitable PVC type
membranes to create ion selective electrodes. In this way, part of the yarn can act as a sensor, while the rest is used
as a conductor. Preliminary results were obtained using these yarns as electrodes in conventional electrochemical
cells. These result show that these cotton-CNT based electrodes behave like a conventional ion selective electrode,
with Nernstian response over the whole dynamic range. Examples for the determination of several ions in water are
presented. Factors affecting the electrical characteristics of the system, optimization and short and long term stability
and variability of the signal are discussed. Approaches to embed these sensors into textiles are discussed.
Angerer, O., Avdeev, S., Science, I. Science, 301 (2003) 909
Catrysse, M. Sensor Actuat. A-Phys., 114 (2004) 302
3Hu, L., Pasta, M., Mantia, F.L., Cui, L., Jeong, S., Deshazer, H.D., Choi, J.W., Han, S.M., Cui, Y. Nano Lett., 10 (2010) 708
4Shim, B.S., Chen, W., Doty, C., Xu, C., Kotov, N.A. Nano Lett., 8 (2008) 4151
1
2
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B9
APPLICATION OF BARE AND SILICA-COATED MnFe2O4 MAGNETIC NANOPARTICLES AS
A SORBENT FOR SOLID PHASE EXTRACTION AND ICP-OES TRACE ELEMENTS
DETERMINATION
D. Georgieva1, V. Stefanova1, V.Kmetov1, I. Roman2, N. Kovachev2 and A. Canals2
1Department
of Analytical Chemistry and Computer Chemistry, University of Plovdiv “Paisii Hilendarski”, 24 Tzar
Assen, Str., 4000 Plovdiv, Bulgaria
2Department of Analytical Chemistry and Food Science, University of Alicante, P.O. Box 99, 03080 Alicante, Spain
Abstract:
Magnetic nanosized sorbent material based on MnFe2O4 was synthesized by co-precipitation. Two types: nonmodified (MnNPs) and silica-coated (SMnNPs) magnetic nanoparticles were studied. The second type was prepared
by a silica layer surface modification of the MnFe2O4 nanoparticles (previously used for CoFe2O4 NPs coating)1.
Two particle groups: one with diameter ~20 nm and another finer fraction with diameters 2-5 nm have been observed
for both coated and non-coated particles by high resolution transmission electron microscopy.
As prepared, MnNPs and SMnNPs were investigated for sorption of hydrophobic complexes of V, Co, Cr, Ni, Cu, Zn,
Pb and Cd with ammonium pyrrolidine dithiocarbamate (APDC). The solid phase extraction (SPE) procedure using
only 10 mg of nanoparticles was carried out at previously optimized conditions.
The analytes restoration into the final solution was achieved by a treatment with 7 mol.l-1 nitric acid at ambient
temperature. Depending on the contact time between solid phase and the acid, two approaches were tested: (i) 10
min elution of the elements from both kind of nanoparticles, and (ii) complete digestion of the non-silica-coated ones
for 4h. Analyte recovery values and specific spectral and non-spectral matrix effects in ICP-OES measurements were
compared.
The observed matrix suppression of emission signals in the range -25% (Cr, Co) to - 37% (Cd, Pb) was caused by
the high acid concentration. Dilution of the final solution prior instrumental analysis to 1.4 mol.l-1 nitric acid reduced
the matrix effect by a factor of 3 to 5, but at the expense of the enrichment factor decrease.
No spectral interferences were observed for the eluates from SMnNPs. On the other hand, special attention should
be paid to the line selection and spectral interferences for analysis of bare MnNPs. Due to the presence of Fe and
Mn the obtained emission spectrum was significantly complicated. In this study, at least two emission lines for each
analyte were monitored and spectral interferences were evaluated. A spectral peak maximum instead of peak area
was found to be more appropriate for analytical data handling and necessary background corrections were
suggested.
The elution of non-modified MnNPs is recommended instead of total digestion to reduce the commented matrix
effects.
When SPE with SMnNPs was performed, quantitative recoveries were achieved for Co, Cu and Ni, while recoveries
between 60% and 85% were found for the rest of the elements. Using non modified MnNPs quantitative recoveries
for all analytes were achieved with the exception of Cd (R=72%).
At the optimized SPE conditions an enrichment factor of 10 was achieved. The proposed SPE-ICP-OES method
allows detection limits decrease by factors 2-7 (SMnNPs) and 3-8 (MnNPs), in comparison to direct ICP-OES
determination of the tested elements⋅.
Acknowledgements: The current study was financially supported by: NSF of Bulgaria – Project DO 02-70 (GAMA); EC 7FP Project 245588
(BioSupport); MICINN of Spain Project CTQ2008-06730-C02-01 and Regional Government of Valencia Projects ACOMP/2009/144,
ACOMP2010/047 and A-04/09. I.R. thanks CAM for Ph.D. grant
1
Román, P., Chisvert, A., Canals, A. J. Chromatogr. A, 1218 (2011) 2467
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B10
EVALUACIÓN EN SISTEMAS DE ANÁLISIS EN CONTINUO DE SENSORES
POTENCIOMÉTRICOS DESARROLLADOS CON MICRO Y NANO PARTÍCULAS DE
CARBÓN
Mª Jesús Gismera, Natalia Timón, Jesús R. Procopio y Mª Teresa Sevilla
Departamento de Química Analítica y Análisis Instrumental. Facultad de Ciencias. Universidad Autónoma de Madrid
Avda. Francisco Tomás y Valiente, nº 7, 28024 Madrid
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Resumen:
El diseño y desarrollo de sensores potenciométricos continúa siendo un campo de investigación de gran interés en
Química Analítica. Esto se debe a sus principales características, selectividad, adecuada precisión y exactitud así
como a su sencillez de fabricación, bajo coste y robustez, por lo que tienen infinidad de aplicaciones a nivel
industrial y en el control y vigilancia de medios naturales entre otras.
La mayoría de los sensores potenciométricos desarrollados están basados en membranas que separan la disolución
de medida de una disolución interna que contiene el analito de interés. Estas membranas suelen ser de PVC o
polímeros similares donde se inmoviliza el agente selectivo al analito. Aunque este tipo de electrodos son
adecuados para muchas aplicaciones, presentan inconvenientes cuando se utilizan en sistemas de análisis en
continuo1. En cambio los electrodos en los que se sustituye esta disolución interna por un contacto interno sólido son
más robustos, tienen mayor tiempo de vida útil y son más fácilmente miniaturizables, siendo por tanto los más
adecuados para sistemas en línea y determinaciones in situ2,3. En las últimas décadas los materiales compuestos y
entre ellos la pasta de carbón, se han convertido en los materiales más populares para sustituir la disolución interna
de un sensor potenciométrico por un contacto interno sólido.
El objetivo del trabajo es el desarrollo de sensores basados en pastas de carbón modificadas para la determinación
de mercurio en sistemas de análisis en continuo. Para la preparación de las pastas se emplean tanto nanopolvos de
carbón (< 50 nm) como grafito espectrográfico en polvo (1 – 2 µm). Ambas pastas de carbón se modifican con
tetrametil tiuram disulfuro, un agente selectivo al mercurio (II). Tras caracterizar la superficie de los sensores
mediante SEM-EDAX, se evalúa el efecto del pH en la respuesta de los sensores y se calculan los intervalos de
respuesta lineal y los límites de detección obtenidos en sistemas de análisis en estático y en continuo. También se
estima la selectividad de la respuesta hacia el mercurio (II), el tiempo de vida útil de los dispositivos y la estabilidad
de la respuesta ante los cambios del caudal y volumen de inyección de muestra.
Agradecimientos: Los autores agradecen al Ministerio de Ciencia e Innovación la financiación de este trabajo (Proyecto nº CTQ 2008-06338)
Khaled, E., Mohamed, G., Awad, T. Sensors Actuat. B, 135 (2008) 74
Bobacka, J., Ivaska, A., Lewenstam, A. Chem. Rev., 108 (2008) 329
3Bakker, E., Pretsch, E. Angew. Chem. Int. Ed., 46 (2007) 5660
1
2
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B11
DESARROLLO DE ESTRATEGIAS FOTOLUMINISCENTES BASADAS EN MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EMPLEANDO QUANTUM DOTS PARA LA
MONITORIZACIÓN DE CA2+ EN MEDIOS BIOLÓGICOS
A.M. Coto-García*, M.T. Fernández-Argüelles, J.M. Costa-Fernández y A. Sanz-Medel
Departamento de Química Física y Analítica, Universidad de Oviedo, Julián Clavería 8, 33006, Oviedo, España
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Los quantum dots son un tipo de nanopartículas con unas ventajosas propiedades optoelectrónicas en comparación
con los luminóforos habituales. De entre sus propiedades como fluoróforos cabe destacar, tanto la posibilidad de
modificar su longitud de onda de emisión (para una misma composición del núcleo) en función del tamaño de
nanopartícula, así como su ancho espectro de excitación. Teniendo en consideración estas propiedades, los
quantum dots se presentan como unos excelentes candidatos para actuar como donadores para el desarrollo de
sensores luminiscentes basados en procesos tipo FRET (Fluorescence Resonance Energy Trasfer)1.
El calcio es un elemento que posee numerosas funciones biológicas: interviene en procesos de transducción de
señales, en la regulación de los canales de iones o en la coagulación de la sangre. Para entender el papel que
representa el calcio en algunos de estos procesos es necesario disponer de sensores capaces de monitorizar
cambios en la concentración de dicho ión en numerosos entornos fisiológicos2. Concretamente en el caso de las
células, el estudio de su concentración en las proximidades de los canales celulares, es un aspecto esencial para
entender el funcionamiento de los procesos celulares.
No obstante, a pesar de que existen compuestos indicadores (tanto fluorescentes como espectrofotométricos) para
llevar a cabo la detección de dicho ión, la propia autofluorescencia de las células puede complicar el proceso de
medida. Una posible solución a este problema pasaría por el empleo de nanopartículas luminiscentes, en este caso
QDs de naturaleza CdSe/ZnS, como donadores mientras que el colorante sensible al calcio actuaría como aceptor
en el proceso de transferencia de energía. En este caso los quantum dots podrían actuar como una “nanofuente” de
excitación a nivel celular que se activaría mediante la excitación a longitudes de onda muy bajas, evitándose así la
autofluorescencia. Además, la sensibilidad se podría incrementar si dicho sensor se dirige hacia la zona de interés
dentro de la célula. Otra ventaja de este sistema radica en la posibilidad de efectuar medidas de vida media, que
facilitan la separación de la señal analítica del ruido de fondo.
En primer lugar se inmovilizó una combinación de dos colorantes3, cuya absorbancia varía en función de la
concentración de calcio, sobre la superficie de la nanopartícula durante el proceso de modificación de los quantum
dots con un polímero anfifílico para hacerlos soluble en medio acuoso. Durante dicha modificación los colorantes se
adhieren a la superficie de la nanopartícula mediante interacciones hidrofóbicas con los ligandos que rodean el
núcleo de la nanopartícula.
Paralelamente, también se evaluó la inmovilización de una molécula fluorescente aceptora (sensible al analito)
dentro de la estructura del polímero anfifílico.
La principal ventaja de esta vía de co-inmovilización es que constituye un mecanismo general para la adhesión de
cualquier aceptor en proximidad con el núcleo de la nanopartícula, evitando llevar a cabo reacciones de
derivatización con los ligandos que recubren la superficie de la nanopartícula.
1
Medintz I.L., Mattoussi, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009) 17
Medintz I.L. et al. ACS Nano, 4 (2010) 5487
3
Morf, W.E., Seiler, K., Rusterholz, B., Simon, W. Anal Chem 62 (1990) 738
2
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B12
HEADSPACE SINGLE-DROP MICROEXTRACTION COUPLED TO MICROVOLUME
FLUOROSPECTROMETRY FOR DETECTION OF VOLATILE SPECIES USING QUANTUM
DOTS AS LUMINESCENT PROBES
I. Costas-Mora, V. Romero, F. Pena-Pereira, I. Lavilla y C. Bendicho*
Departamento de Química Analítica y Alimentaria. Área de química analítica. Facultad de Química. Universidad de
Vigo, As Lagoas-Marcosende s/n, 36310, Vigo, España
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Many different liquid-phase microextraction (LPME) techniques have been developed in the last years, allowing the
miniaturization of sample preparation. Among them, headspace single-drop microextraction (HS-SDME) has
demonstrated its ability to reduce interferences from non-volatile matrix components and achieve significant
preconcentration factors.
Recently, new materials such as metallic nanoparticles have been introduced in the extractant phase to extent the
applicability and versatility of SDME. The dispersion of semiconductor nanoparticles, also called quantum dots
(QDs), in the extractant phase for the detection of chemical species could allow the miniaturization of conventional
systems based on QDs, hence decreasing its consumption. The growing interest in the application of these
nanoparticles as optical sensors is due to their optical properties that include their broad absorption spectrum,
narrow, tunable and symmetric emission and large luminescence quantum yield⋅.
In this work, core-shell CdSe/ZnS quantum dots (QDs) dispersed in a droplet of organic solvent have been applied
for the first time as luminescent probes for the selective detection of fourteen volatile species (e.g. hydrides,
organometals, pesticides, etc) after their trapping onto a drop using HS-SDME approach along with microvolume
fluorospectrometry. Among the studied species, the best results were obtained for detection of Se(IV) and CH3Hg+.
Detection limits of 6.3×10-9 and 1.6×10-7 M were obtained for Se(IV) and CH3Hg+ after hydridation with NaBH4,
respectively. Repeatability expressed as relative standard deviation (N=7) was about 5%⋅.
Advantages of the QDs-HS-SDME system proposed here in comparison with conventional strategies based on QDs
as luminescent probes in aqueous solution are: i) miniaturization of the detection approach in addition to the
minimum consumption of QDs with the subsequent decrease in waste production, which is very important due to
their environmental impact as they contain toxic elements; ii) the use of QDs directly in organic phase where they
have better luminescent properties as compared to their water-based counterparts; iii) increased selectivity due to
the separation of the target species by volatilization.
Acknowledgments: Financial support from the Xunta de Galicia (project 10PXIB 314030 PR) and the Spanish Ministry of Science and Innovation
(Project CTQ2009-06956/BQU) is gratefully acknowledged
Costas-Mora, I., Romero, V., Pena-Pereira, F., Lavilla, I., Bendicho, C. Anal. Chem., 83 (2011) 2388
Costa-Fernández, J.M., Pereiro, R., Sanz-Medel, A. Trends Anal. Chem., 25 (2006) 207
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B13
AN ELECTROCHEMICAL COMPETITIVE BIOSENSOR FOR DEOXYNIVALENOL (DON)
BASED ON PARAMAGNETIC NANOPARTICLES FUNCTIONALIZED WITH TOSYL
Laura Bonel2*, Susana Hernández2, Alba Ezquerra1, Juan C Vidal1 and Juan R Castillo1
1Institute
of Environmental Sciences (IUCA), Analytical Spectroscopy and Sensors Group (GEAS), University of
Zaragoza. Ciudad Universitaria, 50009, ZARAGOZA. Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
DON is a mycotoxin produced by Fusarium fungi, which are abundant in certain cereals such as wheat, corn, barley,
oats, and rye and their processed grains such as malt, beer or bread. DON inhibits the synthesis of DNA and RNA
and protein ribosomes. This mycotoxin has a hemolytic effect on erythrocytes. In high doses, DON causes vomiting,
and if the concentration taken in the diet is lower growth and reduced food consumption (anorexia).
Due to the great importance of mycotoxins in food contamination, the Spanish and European legislation are
demanding in recent years a extrict control. Maximum permissible concentrations of DON for different foods, are
between 200 and 1750 µg/Kg, and the tolerable daily intake is 1 µg/Kg body weight (Commission Regulation No.
1126/2007).
Nanoparticles magnetic beads (MBs) functionalized with tosyl groups have been modified with a polyclonal antibody
specific to DON (pAbDON), and were allowed to compete with a solution of the mycotoxin conjugated to the enzyme
horseradish peroxidase (DON–HRP) and free DON. After separation and washing steps helped with a magnet
blocker, the modified MBs-To were localized on disposable screen-printed carbon electrodes (SPCEs) onto a
magnetic field, and the product of the enzymatic reaction with the substrate was detected by chronoamperometry.
This biosensor will be a direct immunosensor (immobilized biorecognition element) and competitive (competitive
reaction between the DON and DON-HRP) and mode of detection is performed by an electrochemistry technique.
The MBs-To-pAbDON suspension is mixed in an eppendorf vial with a previously mixed solution containing DON and
the conjugate DON–HRP (a fixed concentration).
After incubation step at room temperature, the global reaction is:
MBs-To+ pAbDON + DON + DON-HRP
MBs-To
MBs-To
MBs-To
SPCEs
MAGNET
Figure 1: DON immunosensor.
Acknowledgments: Thanks to the Government of Aragon (Department of Science, Technology and University) a Predoctoral Grant B007/1 and
the Science and Innovation Ministry for two new contracts INC10-0178 (INNCORPORA) and PTQ-10-03580 (TORRES QUEVEDO)
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B14
ESTUDIO COMPARATIVO DE DISTINTOS TRANSDUCTORES NANOESTRUCTURADOS
SOBRE ELECTRODOS SERIGRAFIADOS
E. Costa Rama, M. B. González García y A. Costa García*
Departamento de Química Física y Analítica, Facultad de Química, Universidad de Oviedo, Av. Julián Clavería 8,
33006 Oviedo, España
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Los electrodos serigrafiados de carbono o Screen-Printed Carbon Electrodes (SPCEs) suscitan un gran interés
como transductores para la construcción de sensores electroquímicos debido a sus importantes ventajas como son
bajo coste, pequeñas dimensiones, versatilidad, además de buenas características electroanalíticas.
Para mejorar las propiedades analíticas de estos electrodos se pueden emplear nanomateriales de carbono como
nanotubos de carbono (CNTs) y grafeno. Los CNTs tienen una capacidad extraordinaria para acelerar la cinética de
transferencia electrónica; además mejoran la reversibilidad de las reacciones y reducen los sobrepotenciales. Los
grupos funcionales oxigenados situados en los extremos de los nanotubos favorecen aún más estas propiedades
electroquímicas. Los electrodos basados en grafeno muestran un rendimiento superior en términos de actividad
electrocatalítica y conductividad a escala macroscópica que los basados en CNTs1. En comparación con los CNTs,
el grafeno posee ventajas como menor coste y mayor área superficial. Además, la estructura electrónica y la
superficie fisicoquímica del grafeno benefician la transferencia electrónica1.
Por otro lado, las nanopartículas también pueden aportan ventajas a los electrodos en el análisis electroquímico
como son la mejora en el transporte de carga y el aumento del área superficial. Sin duda, una de las nuevas
tendencias es la utilización de materiales híbridos como son los nanomateriales de carbono junto con las
nanopartículas de oro (AuNP) con el fin de desarrollar transductores que combinen las ventajas de una y otra
nanoestructura.
En este trabajo se desarrollan diferentes transductores basados en SPCEs modificados con óxido de grafeno (GO) y
también modificados con materiales híbridos formados por GO y AuNP. Estos transductores se comparan con los
obtenidos al modificar SPCEs con nanotubos de carbono multicapa (MWCNTs) y con materiales híbridos basados
en MWCNTs y AuNP. Sobre estos transductores se estudian procesos controlados por difusión utilizando cuatro
especies electroactivas: p-aminofenol, ferricianuro, hidroquinona y dopamina. Se comparan diferentes propiedades
de los transductores obtenidos: área electródica, sensibilidad, capacidad de la doble capa y constante de velocidad
de transferencia electrónica.
Para complementar el estudio se caracterizaron las superficies obtenidas sobre los SPCEs en cada caso por
microscopia electrónica de barrido (SEM).
Agradecimientos: Estefanía Costa Rama agradece la beca predoctoral UNOV-10-BECDOC-S concedida por la Universidad de Oviedo-Banco de
Santander
1
Shao, Y. et al. Electroanalysis, 22 (2010) 1027
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B15
DYNAMIC RESPONSE OF CARBON NANOTUBES BASED POTENTIOMETRIC SENSORS
Fiseha Bogale, Gastón A. Crespo, F. Xavier Rius and Francisco J. Andrade*
Laboratory of Nanosensors (http://www.quimica.urv.es/quimio/nanosensors/), Departamento de Química Analítica y
Química Orgánica, Universitat Rovira i Virgili, Campus Sescelades, C/ Marcel·lí Domingo s/n, Tarragona, 43007,
Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Traditionally, potentiometric determinations have found –and still find- in flow injection (FI) techniques an invaluable
ally, since –from one side- it alleviates some of the most tedious manual operations and –from the other- it brings
additional unique analytical advantages resulting from the work under dynamic flow conditions1. Many of these
features have been realized since the first reports on flow injection analysis, more than 35 years ago. During this
time, however, potentiometric sensors have undergone such a drastic change2, that many of the conclusions
withdrawn some decades ago and that still persist –for example, those referring to the slow response time3,4 of
potentiometric sensors- may not be valid anymore. Some revision of these conclusions under the light of the modern
potentiometric tools is required.
In this work, the dynamic response of the recently reported carbon nanotubes based potentiometric sensors5 used as
detectors of a flow injection device will be presented. It will be shown that –despite of traditional assumptions- under
optimized conditions these sensors show very fast response time and optimum analytical performance. Furthermore,
practical advantages such as the easiness of construction, versatility of substrates and miniaturization allows for very
simple approaches to fast automated multi-analyte detection. Examples of the determination of several ions in water,
with sample throughput higher than previously reported values, will be presented. Factors affecting the analytical
performance of multi-ion detection approaches, –particularly selectivity under dynamic flow conditions- will be
discussed. Preliminary results on the kinetic discrimination of interferences will be presented. The results of this work
will help to fully exploit recent progress in the development of potentiometric sensing schemes.
1
Ruzicka, J., Hansen, E.H. Anal. Chim. Acta, 114 (1980) 19
Bakker, E., Pretsch, E. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 46 (2007) 5660
3
Trojanowicz, M. Anal. Chim. Acta, 653 (2009) 36
4
Trojanowicz, M. Anal. Chim. Acta, 370 (1998) 267
5
Crespo, G.A., Macho, S., Rius, F.X. Anal. Chem., 80 (2008) 1316
2
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B16
PAPER BASED POTENTIOMETRIC SENSORS
Marta Novell, Marc Parrilla, Gastón A. Crespo, F. Xavier Rius and Francisco J. Andrade*
Laboratory of Nanosensors (http://www.quimica.urv.es/quimio/nanosensors/), Departamento de Química Analítica y
Química Orgánica, Universitat Rovira i Virgili, Campus Sescelades, C/ Marcel·lí Domingo s/n, Tarragona, 43007,
Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
During the last few years, there has been a growing interest on the development of analytical tools to be used in
areas such as point of care1, food control, environmental monitoring, etc2. This has lead several groups to explore
the use of paper based analytical platforms, which not only show unique analytical performance and versatility, but
they are also highly affordable and accessible3,4,5,6,7. In most of these tools the detection scheme is based in a
colorimetric reaction. Despite of the many advantages it could bring, the use of electrochemical sensors has been
severely restricted. However, recent breakthroughs in the area of printed electronics are helping to change this
situation. It has been shown that through the immobilization of carbon nanotubes (CNT), many dielectric media –
such as paper- can be turned into good electrical conductors8,9,10,11. This is opening the way to a new generation of
paper based CNT electrochemical sensing schemes, which are just beginning to emerge12,13.
This work will present a combination of the recent developments on CNT based potentiometric sensors with CNT
conductive papers to create novel paper based potentiometric sensors. It will be shown that by suitable application of
a conventional PVC-type selective membrane on a CNT conductive paper, paper based ion selective electrodes can
be generated. Electrochemical characterization and analytical performance studies for different types of electrodes
will be presented. In all cases, results show that these novel paper based electrodes behave like their conventional
counterparts, with the evident advantage of an extremely low cost and simple manufacturing.
In this presentation, optimization of the process of generation of these paper based potentiometric sensors will be
shown. Examples of the determination of cations in water will be used to illustrate the Nernstian response, dynamic
range and limits of detection of these sensors. Factors affecting reproducibility and long term stability of the
electrodes will be discussed. The results show a promising avenue for the incorporation of electrochemical sensing
schemes into paper based analytical platforms.
1
Price, C.P. Clin. Rev., 322 (2001) 1285
Mitchell, T.M. Science, 326 (2009) 1644
3
Martinez, A.W., Phillips, S.T., Butte, M.J., Whitesides, G.M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 46 (2007) 1318
4
Yu, W.W.; White, I.M. Anal. Chem., 2010, xxx
5
Delaney, J.L., Hogan, C.F., Tian, J., Shen, W. Anal. Chem., 83 (2011) 1300
6
Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. Anal. Chem., 81 (2009) 7091
7
Martinez, A.W., Phillips, S.T., Whitesides, G.M. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 105 (2008) 19606
8
Hu, L., Wu, H., Cui, Y. Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 183502
9
Moore, V.C., Strano, M.S., Haroz, E.H., Hauge, R.H., Smalley, R.E., Schmidt, J., Talmon, Y. Nano Lett., 3(2003) 1379
10
Hu, L., Choi, J.W., Yang, Y., Jeong, S., La Mantia, F., Cui, L.-F., Cui, Y. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 106 (2009) 21490
11
Dragoman, M., Flahaut, E., Dragoman, D., Al Ahmad, M., Plana, R. Nanotechnology, 20 (2009) 375203
12
Wang, L., Chen, W., Xu, D., Shim, B. S., Zhu, Y., Sun, F., Liu, L., Peng, C., Jin, Z., Xu, C., Kotov, N. Nano Lett., 9 (2009) 4147
13
Yun, S., Kim, J. Sensor Actuat. B-Chem., 150 (2010) 308
2
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B17
RUBBER BASED SUBSTRATES FOR FLEXIBLE ELECTROCHEMICAL SENSORS
Jonathan Sabaté Del Río, Pascal Blondeau, Gastón A. Crespo, F. Xavier Rius and Francisco J. Andrade*
Laboratory of Nanosensors (http://www.quimica.urv.es/quimio/nanosensors/), Departamento de Química Analítica y
Química Orgánica, Universitat Rovira i Virgili, Campus Sescelades, C/ Marcel·lí Domingo s/n, Tarragona, 43007,
Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
The development of “smart objects”, i.e., items with ability to sense and respond to a stimulus, is a field that is
receiving increasing attention during the last years, particularly due to the significant improvements in flexible
electronics1,2. To create truly smart systems, though, sensors that can be adapted to these embedded bendable
electronics circuits are required. In recent works, stretchable, bendable sensors on cellulose based supports, such as
paper and cotton, have been reported3,4,5,6. Also, methods to immobilize carbon nanotubes (CNT) in rubber-like
materials have been recently reported7, as well as some newly developed silicone rubber potentiometric electrodes8.
In this work we report a novel approach for the generation of electrochemical sensors using conventional rubber
based materials as substrates. The method is based on printing on the surface of a rubber material using a carbon
nanotube’s (CNT) ink. Once dried, CNT are strongly absorbed into the rubber, creating a conductive trace that can
be bent or washed with water without significantly changing the electrical behavior. Under optimized conditions,
resistance below 500 Ω/□ can be obtained. It will be shown that these novel conductive rubbers can used as a
substrate to produce electrochemical sensors. Examples of the potentiometric detection of substances in water will
be provided. Factors affecting the analytical performance, reproducibility and calibration of the sensors are
discussed. The potential of this approach to create a new generation of embedded bendable sensors is provided.
1
Avila, A.G., Hinestroza, J. Nature Nanotechnol., 3 (2008) 458
Mitchell, T.M. Science, 326 (2009) 1644
3
Shim, B.S., Chen, W., Doty, C., Xu, C., Kotov, N.A. Nano Lett., 8 (2008) 4151
4
Catrysse, M. Sensor. Actuat. A-Phys. 114 (2004) 302
5
Hu, L., Pasta, M., Mantia, F.L., Cui, L., Jeong, S. Nano Lett. 1 (2010) 708
6
Müller, C., Hamedi, M., Karlsson, R., Jansson, R., Marcilla, R., Hedhammar, M., Inganäs, O. Adv. Mater. 23 (2010) 898
7
Sekitani, T., Noguchi, Y., Hata, K., Fukushima, T., Aida, T., Someya, T. Science, 321 (2008) 1468
8
Lindfors, T., Szücs, J., Sundfors, F., Gyurcsányi, R.E. 82 (2010) 9425
2
B18
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
DETECCIÓN Y ELIMINACIÓN DE BORO EN MATERIALES MESOPOROSOS
Cristina Sanfeliu1,2*, Inmaculada C. Candel1,2, María E. Moragues1,2, Mª Dolores Marcos1,2, Luis Villaescusa1,2, Juan
Soto1,2, Ramón Martínez-Máñez1,2, Félix Sancenón1,2 y Pedro Amorós3
1Centro
de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico,Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia Universidad de Valencia, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, España
2CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
3Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València (ICMUV), P.O. Box 2085, 46071 Valencia, Spain
*E-mail: [email protected]
Resumen:
El desarrollo de sensores químicos cromogénicos y fluorogénicos para la detección de moléculas tóxicas en
medios acuosos, como por ejemplo el boro, es de gran interés desde el punto de vista científico y tecnológico.
La contaminación por boro tiene un origen fundamentalmente antropogénico, en especial, las aguas residuales de
determinadas empresas cerámicas pueden contener un alto porcentaje de boro, y en áreas con una alta
concentración de este tipo de empresas la contaminación de las aguas superficiales, subterráneas y suelos por
boro está considerada como una preocupación medioambiental de primer interés.
El boro está presente en agua como anión borato y es muy soluble, lo cual hace que sea especialmente difícil de
eliminar de medios acuosos.
En los últimos años se ha estudiado una nueva metodología de detección basada en el desplazamiento de una
unidad señalizadora unida a un elemento de coordinación cuando se añade la molécula de interés. Este complejo
coordinante puede ser anclado a un material mesoporoso formándose así un material híbrido orgánico-inorgánico
con capacidad dual de detección y eliminación de boratos en agua.
HO
O
O
O
O
B
OH
Si
N
H
N
N
HO
HO
OH
B(OH) 4‐
OH
OH
Figura 1: Esquema del desplazamiento del colorante por la adsorción de boratos.
OH
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B19
IMMUNOSENSORS BASED ON ELECTROCHEMICAL ELECTRODE MAGNETIC PARTICLE
AND SCREEN PRINTED ELECTRODES FOR OCHRATOXIN A DETERMINATION AND
VALIDATION WITH HPLC-FLD
Laura Bonel2*, Susana Hernández2, Alba Ezquerra1 and Juan C Vidal1 and Juan R Castillo1
1Institute of Environmental Sciences (IUCA), Analytical Spectroscopy and Sensors Group (GEAS), University of
Zaragoza. Ciudad Universitaria, 50009, ZARAGOZA. Spain
2CAPHER IDI S.L, C/Ermesinda de Aragón , 4, c 116, 50012, ZARAGOZA. Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
A very important part of this work has been devoted to the improvement produced by the use of magnetic
nanoparticles functionalized with streptavidin (saMBs). Since most of the analytical methods of control are based on
ochratoxin A (OTA) instrumental techniques to be used in a laboratory, and because of the lack of portable
instrumentation based biosensors for such applications, the main objective of this abstract is to solve a problem that
needs improvement.
The amperometric immunosensors have been developed and they can be used as portable systems that allow the
OTA in situ determination, with a sensitivity and selectivity comparable or superior to that obtained from traditional
ELISA methods, but with a much lower reagent consumption and a shorter time of analysis. Immunosensor format on
nanostructured magnetic particles allows to develop the different steps of analysis in suspension and use the sensor
surface only during the electrochemical detection step. Biotinylated monoclonal antibody is immobilized on the
saMBs. The immobilization of the biotinylated monoclonal antibody (mAbOTA-bi) onto saMBs, was performed with
500 µl mAbOTA-bi (0.612 mg/l) in PBS buffer and then the incubation step during 30 minutes at room temperature.
The supernatant was removed using a magnet blocker and we washed the saMBs with modified PBST buffer (0.1%
Tween 20). In the blocking step the magnetic nanoparticles were resuspended in 500 µl of a biotin solution (1000
mg/l) in PBS for 30 minutes, saturating all binding sites of streptavidin which have been without reacting with the
biotinylated monoclonal antibody.
In the competition step we used a OTA-HRP concentration of 1 ng/ml and the OTA concentration was changed
between 0, 0.1, 0.5, 1, 5 and 20 ng/ml. The incubation time was optimized in 30 minutes at 37 °C. The
electrochemical detection was performed using the chronoamperometry technique (CRA) using hydrogen peroxide
as substrate and hydroquinone as cosubstrate (10 mM) and the enzyme reaction time was optimized in 10 minutes.
The limit of detection in the presence of the flour was 2.05 ng/ml of OTA and in the case of working in PBS was 1.12
ng/ml. The linear range was between 0.5 and 10 ng /ml. To meet the legislation, which requires OTA levels around
ng/g, it is necessary to have an extremely sensitive methodology. At present, the high-resolution liquid
chromatography with fluorescence detection (HPLC-FLD) is the methodology used for official OTA determinations of
this type.
An official and standardized method to quantify OTA in alcoholic drinks has been developed. The method uses
commercial immunoaffinity columns (IACs) for clean-up and high-performance liquid chromatography with
fluorescence detection (HPLC-FLD) for quantification of the toxin. We have studied different wines, beers, liqueur
and champagne. In all cases the sample pretreatment is the same.
Alcoholic drinks were diluted with a solution containing 1% polyethylene glycol (PEG 8000) and 5% sodium
hydrogencarbonate, filtered and applied to an OchraTest immunoaffinity column (VICAM). The column was washed
with a solution containing sodium chloride (2.5%) and sodium hydrogencarbonate (0.5%) followed by water. OTA
was eluted with methanol and quantified by reversed-phase HPLC with fluorometric detection (excitation wavelength
333 nm, emission wavelength 460 nm) using acetonitrile–water–acetic acid (99:99:2) as mobile phase. Average
recoveries of OTA from red wine samples spiked at levels 5 ng/ml ranged from 85% to 90%, with relative standard
deviations (RSDs) between 0.8 and 6 %. Detection limit was 0.05 ng/ml based on a signal-to-noise ratio of 3:1.
Acknowledgments: Thanks to the Government of Aragon (Department of Science, Technology and University) a Predoctoral Grant B007/1 and
the Science and Innovation Ministry for two new contracts INC10-0178 (INNCORPORA) and PTQ-10-03580 (TORRES QUEVEDO)
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B20
ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS, FÍSICAS Y ESPECTROS RAMAN DE
NANOTUBOS DE CARBONO Y GELES FORMADOS DE LA COMBINACIÓN DE ÉSTOS CON
LÍQUIDOS IÓNICOS
M.L. Polo-Luque, B.M. Simonet y M. Valcárcel*
Departamento de Química Analítica. Universidad de Córdoba. Edificio Anexo C3.Campus de Rabanales – 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen:
La combinación de nanotubos de carbono con líquido iónico conduce a la formación de geles físicos, también
llamados “soft materials” que presentan unas propiedades características, ya que se produce un efecto sinérgico de
las propiedades individuales de cada material. La formación del gel depende del tipo de líquido iónico y del nanotubo
de carbono así como de la capacidad del nanotubo de carbono por ordenarse dentro del líquido iónico formando una
estructura ordenada.
Desde su descubrimiento, los nanotubos han sido ampliamente estudiados como materiales para SPE y SPME,
debido a su elevada capacidad de ad- y absorción de una amplia variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos.
En muchas ocasiones esta capacidad se reduce debido a la tendencia a la agregación de los CNT´s. Para solventar
este hecho se emplean los líquidos iónicos como una nueva clase de dispersantes de CNTs.
En este estudio se han sintetizado ocho geles diferentes mediante la combinación del líquido iónico HMIM PF6 con
siete tipos de nanotubos de carbono multi pared y uno de pared simple. El objetivo de este trabajo ha sido llevar a
cabo un estudio comparativo de las propiedades fisicoquímicas de dichos geles. En primer lugar se ha estudiado la
estabilidad física de los mismos en diferentes disolventes orgánicos, evaluando la estabilidad de la dispersión
CNT/LI y la cantidad de líquido iónico que pasa al disolvente tras llevar a cado el proceso completo. En segundo
lugar hemos evaluado la capacidad de los geles para preconcentrar fluoranteno de muestras de agua mediante el
desarrollo de una unidad de microextracción.
Así mismo hemos relacionado dichas propiedades con las diferencias observadas mediante el análisis de los
diferentes materiales por Espectroscopia Raman.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B21
EVALUACIÓN DE NUEVOS MATERIALES BLANDOS CON NANOTUBOS DE CARBONO
ESPIRALES COMO NUEVOS SORBENTES PARA SPME
M.L. Polo-Luque, B.M. Simonet y M. Valcárcel*
Departamento de Química Analítica. Universidad de Córdoba. Edificio Anexo C3.Campus de Rabanales – 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Los nanotubos de carbono espirales se caracterizan por el diámetro de la espiral y la distancia entre puntos
adyacentes correspondientes a lo largo del eje de la espiral. A escala microscópica, la formación de un nanotubo de
carbono espiral se produce mediante la incorporación periódica de pares de pentágonos y heptágonos dentro de la
estructura hexagonal de carbono para crear respectivamente superficies curvadas positivamente y negativamente.
Figure 3: Imagen TEM de nanotubos de carbon espirales.
Teniendo en cuenta que los nanotubos de carbono espirales son un tipo de CNT´s y conociendo que los materiales
a base de carbón tienen excelentes propiedades de ad/ab-sorción y tamizaje para una amplia gama de especies
orgánicas e inorgánicas, es interesante estudiar el empleo de estas estructuras como nuevos sorbentes para la
extracción en fase sólida (SPE) y la microextracción en fase sólida (SPME).
La combinación de estos nanotubos de carbono espirales con líquido iónico conduce a la formación de geles físicos,
también llamados “soft materials” que presentan unas propiedades características, ya que se produce un efecto
sinérgico de las propiedades individuales de cada material. Por ello, en este trabajo se evalúan por primera vez las
propiedades sorbentes de dichos geles como nuevos sorbentes en SPME para la extracción de Hidrocarburos
Aromáticos Policíclicos en muestras de agua.
Además, los resultados obtenidos en este trabajo se comparan con los proporcionados por otro tipo de nanotubos
de carbono multicapa.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B22
NANOLAMINAS DE GRAFENO COMO FASE PSEUDOESTACIONARIA EN
ELECTROCROMATOGRAFÍA
S. Benitez, B.M. Simonet y M. Valcárcel*
Departamento de Química Analítica. Universidad de Córdoba. Edificio Anexo C3.Campus de Rabanales – 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Los últimos años el grafeno ha despertado un gran interés debido a sus excepcionales propiedades. El grafeno está
compuesto por átomos de carbono con hibridación sp2 organizados en una red en forma de panal presentando un
comportamiento entre conductor metálico y semiconductor. Entre sus propiedades destaca: elevado módulo de
Young (aprox. 1100 GPa), elevada movilidad de los portadores de carga (200.000 cm2·V-1·s-1), elevada superficie,
calculada en unos 2630 m2·g-1, estabilidad química así como una fuerte naturaleza hidrofóbica, lo que implica que
posea una fuerte tendencia a la aglomeración. Esta es una propiedad importante ya que algunas de las
propiedades excepcionales de este material se deben a la agregación.
En este trabajo se estudia el efecto de utilizar nanolaminas de grafeno como fase pesudoestacionaria. En concreto
nanolaminas de grafeno estabilizadas con ácido cólico como tensioactivo. En el trabajo también se comparan dos
tipos de nanografenos que se diferencian en su distribución del numero de láminas. Los resultados obtenidos han
demostrado que las nanolaminas de grafeno permiten aumentar la resolución electroforética en 3-5 órdenes de
magnitud en el caso de la separación de antiinflamatorios no esteroideos. El estudio de preparación de la dispersión
de nanoláminas fue crítico para alcanzar buenos resultados. La optimización de condiciones de agitación y
dispersión de ultrasonidos junto con las condiciones de cantidad de tensioactivo han permitido además obtener una
mejora de la sensibilidad, concretamente una aumento de casi 6 veces del límite de detección así como una mejora
sustancial de la precisión. Siendo la reproducibilidad tanto del área de pico como del tiempo de migración
claramente mejor en presencia de las nanolaminas de grafeno.
Al comparar nanolaminas de diferente distribución ha sido posible concluir que cuanto menos láminas presenta el
sistema se produce una mayor interacción con el analito y un mayor efecto positivo con sobre la separación
electroforética, pudiendo trabajar a menores concentraciones de la fase pseudoestacionaria.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B23
MEDICIÓN DE AGLOMERADOS EN DISOLUCIONES DE NANOPARTÍCULAS
Raúl Herrera, Bartolomé Simonet y Miguel Valcárcel*
Departamento de Química Analítica, Universidad de Córdoba. Edificio Anexo C3, Campus Rabanales, 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Como muchas aplicaciones industriales y científicas requieren disoluciones acuosas de nanopartículas, la dispersión
de nanopartículas en los líquidos es un requisito clave. Ejemplos de estas necesidades son las aplicaciones en la
cosmética, espesantes, cremas solares, productos farmacéuticos, catalizadores, cristales, siliconas y pinturas. En el
uso como detectores espectro-analíticos, en los procesos de preparación de muestra, en el diseño de fases
estacionarias, etc y finalmente como patrones de medición. Esto ocurre cuando las fuerzas de interacciones entre
partículas, principalmente las fuerzas de Van der Waals, en relación con fuerzas gravitacionales se incrementan,
como efecto de la disminución del tamaño de la partícula1 [1].
La tecnología convencional para la dispersión de partículas en líquidos, por lo general no es suficiente, ya que las
nanopartículas tienden a formar aglomerados muy fuertes. Por ello se requiere insumos muy altos de energía
específica con el fin de superar las fuerzas adhesivas.
Por lo anterior, se ha explorado el efecto de diferentes tensoactivos, líquidos iónicos y emulsiones y los efectos de
los diferentes medios de agitación en los procesos de de-aglomeración
Figura 1: Aglomerados de Nanodiamantes
Las técnicas analíticas que se han empleado en la caracterización de los aglomerados son: microscopía electrónica
de transmisión, microscopia electrónica de transmisión de alta resolución, dispersión de luz, espectrometría Raman
y fluorescencia.
Aunque hemos logrado mantener las nanopartículas en suspensión, es decir, no hay efecto de la gravedad en ellas,
no se ha podido evitar la interacción entre NP.
1
Sauter, C., Emin, M.A., Schuchmann, H.P., Tavman, S. Ultrasonics Sonochemistry 15 (2008) 517.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B24
SISTEMAS DE PRECONCENTRACIÓN EN FLUJO BASADOS
EN EL EMPLEO DE NANOPARTÍCULAS
C. Acebal, Bartolomé Simonet y Miguel Valcárcel*
Departamento de Química Analítica, Universidad de Córdoba, Edificio Anexo C3, Campus Rabanales, 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen:
A finales del siglo pasado se produjeron grandes avances en el desarrollo de sistemas de flujo tanto para el
desarrollo de unidades de tratamiento de muestra como para el desarrollo de sistemas de análisis. En lo que
respecta al sistema de tratamiento de muestra los desarrollos se han asociado tanto a columnas de extracción como
sistemas de regeneración de los sorbentes. Paralelamente, a principios de este siglo, números trabajos ponen de
manifiesto las ventajas de nanopartículas como sistemas para efectuar extracciones en fase sólida de analitos de
matrices complejas. Sin embargo el empleo de nanopartículas en los sistemas de flujo conlleva problemas de
presión o de pérdida del nanomaterial.
En esta comunicación se comentan y discuten distintas estrategias encaminadas a resolver los problemas del
empleo de nanopartículas en sistemas de flujo, especialmente cuando se utilizan nanopartículas de carbono. El
empleo de nanopartículas magnéticas, el desarrollo de nanopartículas mixtas o la inmovilización de nanopartículas
sobre soportes sólidos son algunas de las alternativas descritas en la bibliografía con un mayor potencial. Otras
alternativas como la mezcla de nanopartículas con soportes inertes, si bien han sido también utilizadas presentan el
inconveniente de la robustez y reproducibilidad de fabricación.
Además de comentar los sistemas de extracción, en esta comunicación también se aborda el efecto del estado de
agregación de las nanopartículas sobre el sistema de extracción (bien orgánico o aquoso). Así pues si bien en
principio la mayor adsorción debe producirse sobre las nanopartículas libres, otros autores defiendes que las
mayores retenciones se observan en los intersticios de agregados de nanopartículas.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B25
COLISTIN-FUNCTIONALISED CDSE/ZNS QUANTUM DOTS AS FLUORESCENT PROBE
FOR THE RAPID DETECTION OF ESCHERICHIA COLI
C. Carrillo, Bartolomé Simonet y Miguel Valcárcel*
Departamento de Química Analítica, Universidad de Córdoba, Edificio Anexo C3, Campus Rabanales, 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen:
Two limiting features for the rapid detection of bacteria are the achievement of (i) short to real-time detection and (ii)
sensitivity. To reduce the time required for target detection, a minimal amount of sample manipulation is essential.
The sensitivity of the detection method has to be high enough to eliminate the need for target amplification and
enrichment steps. On one hand, traditional methods for the detection of trace amounts of bacteria require
amplification or enrichment of the target bacteria in the sample prior to analysis. These methods tend to be laborious
and time-consuming because of the complicated assay procedures. Recently, many attempts have been made to
improve the sensitivity of bacteria detection without the need for target amplification and enrichment.
Intensely fluorescent, colistin-functionalised CdSe/ZnS QDs (Colis-QDs) nanoparticles, are synthetized and used as
selective and sensitive probes for the detection of E. Coli, a gram-negative bacteria. Colistin molecules are attached
to the terminal carboxyl of the mercaptoacetic acid-capped QDs in the presence of 1-ethyl-3-(3dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) as amide bond promoters.
The TEM analysis of bacteria treated with Colis-QDs conjugates showed the accumulation of Colis-QDs in the cell
wall of E. Coli. Under the recommended working conditions, the method provides a detection limit as few as 28 E.
Coli cells per mL, which is competitive which more elaborate detection systems. The new system allows the
determination of only 28 E. Coli cells per mL in 15 min. Sensitivity and analysis time which our method opens new
avenues for the detection of E. Coli and gram-negative bacteria. Similar strategy with the appropriate selection of
antibiotic should results in the possibility to detect different bacteria strains. Because fluoresce of QDs can be
controlled and changed by changing their size, it should be possible to detect in a single analysis different types of
bacteria strains. This possibility will be study in further works.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B26
SOPORTES SÓLIDOS MODIFICADOS CON QUANTUM DOTS PARA EL DESARROLLO DE
SENSORES ÓPTICOS FRENTE A GASES
Sara Sánchez-Paradinas y Bartolomé M. Simonet*
Departamento de Química Analítica, Universidad de Córdoba, Edificio Anexo C3, Campus Rabanales, 14071
Córdoba.
*E-mail: [email protected]
Resumen
Los Quantum Dots, nanoparticulas semiconductoras, se caracterizan por su elevada fluorescencia. Aspecto que ha
sido ampliamente estudiado desde el punto de vista químico-analítico para el desarrollo de sensores. Hasta la fecha
las aplicaciones desarrolladas se han basado en su empleo en disolución para lo cual es necesario funcionalizar la
nanopartícula con elementos selectivos de reconocimiento hacia el analito de interés.
En este trabajo se pretende abordar el empleo de Quantum Dots como elementos de reconocimiento frente a
moléculas gaseosas. Para ello se han modificado soportes sólidos con Quantum Dots. Los mejores resultados se
han obtenido utilizando nylon como soporte para retener e inmovilizar los Quantum Dots. El estudio de la
fotoactivacion de los Quantum Dots ha puesto de manifiesto las siguientes conclusiones: i- los QDs retenidos en un
soporte sólido pueden fotoactivarse y presentar fluorescencia; ii- la fluorescencia obtenida es inferior a la obtenida
en disolución, iii- el proceso de fotoactivación es de cinética más el lenta siendo necesario un tiempo de tres días, ivcon el tiempo y en ausencia de luz, los QDs evolucionan, posiblemente debido a efectos de oxidación, aumentando
la fluorescencia.
La respuesta de los soportes modificados se ha evaluado para QDs libres y QDs modificados con cisteamina para
tres analitos de distinta naturaleza química: acetona, p-xileno y 2-butanol. En definitiva se ha estudiado la
interacción con grupos cetona, benceno e hidroxilo. Los QDs libres sin funcionalizar reaccionaron frente a acetona y
el 2-butanol disminuyendo su fluorescencia mientras que el p-xileno no alteró de forma significativa la fluorescencia
de los QDs. En el caso de QDs modificado con cisteamina se obtuvo un aumento de la fluorescencia frente a
acetona, mientras que no reaccionaron frente a los otros analitos.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B27
PREPARATION OF MAGNETIC MOLECULARLY IMPRINTED POLYMER FOR RAPID DETERMINATION OF
CATECHOLAMINES IN URINE SAMPLES BY CAPILLARY ELECTROPHORESIS
M. Bouri1,2, M.J. Lerma-García1,3, R. Salghi2, M. Zougagh3,4 and A. Ríos1,3
of Analytical Chemistry and Food Technology, University of Castilla– La Mancha, E-13004, Ciudad
Real, Spain
2Laboratoire d’Ingénieries des Procédés de l’Energie et de l’Environnement, Ecole Nationale des Sciences
Appliquées, B.P. 1136 Agadir, Morocco.
3Regional Institute for Applied Chemistry Research, IRICA, E-13004, Ciudad Real, Spain
4Albacete Science and Technology Park, E-02006, Albacete, Spain
E-mail: [email protected]
1Department
Abstract:
In this work, a rapid and selective method was successfully developed using the magnetic molecularly imprinted
polymer (MMIP) as sorbent for the extraction of catecholamines (CLs) from urine samples. The MMIP has been
prepared using dopamine hydrochloride (DOPA) as template molecule, methacrylic acid as functional monomer,
ethylene glycol dimethacrylate as crosslinking agent and Fe3O4 magnetite as magnetic component. The experimental
results showed that the MMIP had high affinity and selectivity toward DOPA and other structurally related CLs The
extraction process was carried out in a single step by mixing the extraction solvent, MMIPs and urine samples under
agitation. When the extraction was completed, the MMIPs adsorbing the analytes were separated from the sample
matrix by an external magnet. The analytes eluted from the MMIP were analyzed by capillary electrophoresis.
For achieving optimal preconcentration and reducing non-specific interactions, various parameters affecting the
extraction efficiency such as extraction mode, extraction solvent, the amount of MMIPs, extraction time, washing
solution and eluting solution were comprehensively evaluated.
The proposed method was successfully applied to determine CLs including dopamine hydrochloride, epinephrine,
norepinephrine hydrochloride, normetanephrine hydrochloride and 3-methoxytyramine hydrochloride in spiked urine
samples with the recoveries ranged between 75% to 95%. The magnetic extraction method avoided the time
consuming column passing and filtration operation compared with traditional SPE. The whole extraction and cleanup
procedure including condition of the sorbent, transferring of CLs from sample matrix to MMIPs, washing of the
sorbent and elution of CLs from the sorbent can be completed within 15 min. It can be considered that this method is
promising and may be a good alternative to the traditional techniques.
Acknowledgements: Work supported by Project CTQ2010-61830 (MICINN and Feder funds). M.J. Lerma-García thanks the Junta de
Comunidades de Castilla – La Mancha and the Fondo Social Europeo for a research post-doc.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B28
MAGNETIC NANOPARTICLES SUPPORTED IONIC LIQUIDS AS SORBENT PRECONCENTRATION OF
SULFONYLUREA HERBICIDES PRIOR TO ITS DETERMINATION BY CAPILLARY LIQUID
CHROMATOGRAPHY
Madalina Elena Gurau1, M. Zougagh2,3 and A. Ríos2,4
2Regional
Institute for Applied Science Research, IRICA, E-13004 Ciudad Real, Spain
and Technological Park of Albacete, E-02006 Albacete, Spain
4Department of Analytical Chemistry and Food Technology, University of Catilla-La Mancha, E-13004 Ciudad Real,
Spain
E-mail: [email protected]
3Scientific
Abstract:
Magnetic solid-phase extraction (MSPE) is an excellent extraction method, which is a new procedure of SPE based
on the use of magnetic or magnetizable adsorbents. In this procedure magnetic adsorbent is added to a solution or
suspension containing the target analyte. The analyte is adsorbed onto the magnetic adsorbent and then the
adsorbent with adsorbed analyte is recovered from the suspension using an appropriate magnetic separator. The
analyte is consequently eluted from the recovered adsorbent and analysed. The main advantage of using magnetic
functionalized material as adsorbent makes the sample pretreatment simple. The adsorbent need not be packed into
the SPE cartridges like the traditional SPE and the phase separation could be conveniently realized by applying an
external magnetic field.
In this work, magnetic nanoparticles supported ionic liquids (MNps-ILs) were synthesized by covalent bonding of
ionic liquids–silane on magnetic silica nanoparticles. This magnetic material has been used to extract and
preconcentrate sulfonylurea herbicides (SUs) such as thifensulfuron methyl, metsulfuron methyl, triasulfuron,
tribenuron and primisulfuron methyl from environmental water samples prior to the analysis with capillary LC-DAD.
The procedure involves stirring of 25 mL water samples with 15 mg of MNps-ILs for 15 min, isolation of the magnetic
sorbent with Nd dik magnet and elution with 1 mL of acetonitrile. Under the optimum conditions, we demonstrate the
reusability of the magnetic sorbent material during 10 uses without loss in the extraction efficiency. In addition, no
cleanup is necessary.
The recovery studies using the MNps-ILs as a sorbent were performed by three consecutive extractions of water at
two spiked levels. The average recovery for each analyte was in the range of 73–105 %, with RSDs lower than 6.9 %
in all cases. The MNps-ILs materials showed higher selectivity for the SUs than commercially available C18
cartridges.
Acknowledgments: Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN) and JCCM are gratefully acknowledged for funding this work with
CTQ2010 61830 and PCC08 0015-0722 grants, respectively.
V Workshop NyNA 2011: Nuevas herramientas analíticas basadas en nanoestructuras
B29
A DNAzyme BASED SENSOR FOR THE DETECTION OF ASCORBIC ACID
Natalia Malashikhina, Valery Pavlov*
CIC biomaGUNE, Parque Tecnológico de San Sebastián, Paseo Miramón 182, 20009, San Sebastián, Spain
E-mail: [email protected]
ABSTRACT:
DNAzymes, also known as deoxyribozymes are single stranded DNA molecules which have catalytic activity. A big variety of
DNAzymes have been discovered by in vitro evolution to catalyse a broad repertoire of chemical reactions. They exist only in the
laboratory, but there they are very powerful. DNAzymes were first used in lead-ion dependent RNA cleaving, and the catalytic
action of them was a hundred fold that of the noncatalyzed process. In the ten or so years since, many other DNAzymes have
been created, each with a specific action.Their potential as both therapeutic and diagnostic tools has been extensively
investigated. We have developed a new DNAzyme based biosensor for the detection of ascorbic acid.
The sensor consists of two single-stranded DNA which form a complex in the presence of cofactors-copper ions and ascorbic
acid. The substrate (in blue) is labeled with a fluorophore and with quencher. The substrate and enzyme are interacted via basepairing. The 5’-end of the enzyme form hydrogen bonds with substrate via complementary base-paring and the 3’-end forms a
DNA triplex. The fluorophore emission is quenched by neighbouring quencher. In the presence of both cofactors, the substrate is
irreversibly cleaved at the special site (the guanine in red) and the cleaved parts are released leading to the fluorescence
enhancement. The detection limit of the method is 2.5 μM and the time of detection was around 3-5 minutes. We also improved
our system by conjugation with 13 nm gold nanoparticles. In that case the detection limit was increased to 500 nM.
Figure 1. Operation of Ascorbic Acid sensing system
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C1
USE OF CARBOXYLIC GROUP FUNCTIONALIZED MAGNETIC NANOPARTICLES FOR THE
PRECONCENTRATION OF METALS IN FOOD SAMPLES PRIOR TO THE DETERMINATION
BY CAPILLARY ELECTROPHORESIS
A. Carpio1, F. Mercader2, L. Arce1 and M. Valcárcel1*
1Department
of Analytical Chemistry, University of Córdoba, Annex C3 Building, Campus of Rabanales, E-14071
Córdoba, Spain
2Metrología de Materiales, Centro Nacional de Metrología, km.4.5 Carretera a Los Cúes, El Marqués, Querétaro,
México
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Nowadays food industry demands reliable and precise methods to resolve problems related to quality and security
control. Food samples matrices are very complex and for this reason pre-treatment steps prior to sample analysis are
compulsory to extract the target analytes. Nanotechnology and nanomaterials can be a tool to achieve these
objectives. Nanomaterials have received much attention due to their chemical, physical and electrical properties. In
the bibliography exists some applications which use nanoparticles in the pre-treatment of the sample before the use
of CE separation method 1,2. In this work, we took the advantages of magnetic nanoparticles using them to carry out
the preconcentration of metals in the treatment of food samples by capillary electrophoresis with UV-VIS detection.
Among the wide variety of existing commercial magnetic nanoparticles, we have selected one type which is
functionalized with carboxylic group. The potential of these nanoparticles are demonstrated in the mRNA isolation
and extraction of supercoiled plasmid DNA3 [3]. In this study, we have studied the potential of these magnetic
nanoparticles to preconcentrate metals from liquid samples before CE analysis.
For the extraction of metals, 10 mL of aqueous sample (e.g. milk) which contains the mixture of metals was added to
a portion of carboxylic group functionalized magnetic nanoparticles. Metals retained in the nanoparticles were
extracted with 200 μL of solution consisting of 0.8 mM 1,10-phenantroline and 0.04 % hydroxylammonium chloride
set to pH 2.
The electrophoretic buffer used in this work to separate different metals (Co, Cu, Zn, among others) consisting of 30
mM hydroxylammonium chloride, 0.30 mM 1,10-phenantroline, 80 mM urea, 15 mM ammonium chloride and 0.1%
methanol set to pH 3.6. Finally, measurements were made at 270 nm.
The employment for the first time of this type of magnetic nanoparticles allowed an increase in the sensitivity of a CE
method to determine metals in food samples. A comparison of this commercial carboxylic group functionalized
magnetic nanoparticles with a home-made producer magnetic nanoparticles and the classical use of ion exchange
resin to preconcentrate metals is also presented.
1
Chang, C.W., Tseng, W.L., Anal. Chem. 82 (2010) 2996
Hong CY, Chen YC, J. of Chromatography A 1159 (2007) 250
3
Sarkar TR, Irudayaraj J, Anal. Biochem. 379 (2008) 130
2
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C2
GOLD NANOROD FOR LSPR BASED BIOSENSORS
Ilaria Mannelli1,2, J.-Pablo Salvador2,1 and M.-Pilar Marco1,2*
1Applied
Molecular Receptors Group (AMRg). Chemical and Biomolecular Nanotechnology Department. IQAC-CSIC.
de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN). Jordi Girona, 18-26, 08034-Barcelona, Spain
*E-mail: [email protected]
2CIBER
Abstract:
Noble metal nanoparticles have attracted great attention due to their unique optical properties, in particular the
localized surface plasmon resonance (LSPR). Because of the LSPR phenomenon, the nanoparticle extinction
spectrum is affected by the particle size and shape as well as the constituting material and the surrounding dielectric
media. Nanorods are an extreme case of anisometric nanoparticles that typically display two plasmon resonance
peaks: transversal, fixed at around 530 nm, and longitudinal that changes with the GNR aspect ratio and exhibit a
high sensitivity to refractive index changes. Several analytical and bioanalysis applications, in which the nanorod
optical properties are exploited, have been presented in the last years. Within them, various LSPR based biosensor
formats have been proposed. The identification of an analyte could be accomplished by recording the shift of the
LSPR peak. A specific bioreceptor is immobilised on the nanoparticle surface and the analyte/receptor biomolecular
interaction modifies the dielectric properties of the surrounding medium, with consequent changes in the resonance
peak.
In view of this, a study for the development of an immunosensor for anabolic androgenic steroids (AAS) based on the
use of gold nanorods has been performed. In recent years the assumption of dietetic supplements and drugs is
drastically increased because of current social and cultural habits. Most of these substances are included in the list of
prohibited compounds of the World Anti-Doping Agency and within them the AAS. A World Anti-Doping Code has
been drawn up in order to coordinate effective anti-doping programs. In this context, the demand of new rapid,
efficient and throughput detection systems is always present.
In this work, first, a surface chemistry for conjugating antibodies specific for AAS to gold nanorods has been
optimized and the obtained bioconjugates have been characterized. Moreover, the analytical performances of the
bioconjugates are under evaluation in a capture competitive sensor format, in which the competitors are directly
immobilised onto the sensor surface and the antigen-antibody recognition took place when the specific antibodies
labeled with gold nanorods were introduced (Figure 1). Preliminary results demonstrated that the detection signal is
due to the appearance of a plasmon peak only where specific antigen/antibody interaction occurs and that it is
related to the different amounts of nanorods interacting with the surface.
In future, the identification of several prohibited substances can be accomplished by using bioconjugate
nanoparticles differing in shape and size (label-encoded microarray) or by the location in the microarray (siteencoded microarray).
Figure 1: Gold nanorods addition over functionalized surface produces a change in the intensity of the plasmon
peak.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C3
DISPOSABLE POTENTIOMETRIC STRIP CELL BASED ON CARBON NANOTUBES FOR
DECENTRALIZED MEASUREMENTS
F. Xavier Rius-Ruiz1*, Gastón A. Crespo1, Diego Bejarano2, Pascal Blondeau1, Jordi Riu1 and F. Xavier Rius1
1Departament
de Química Analítica i Química Orgànica.
Technology and Innovation Centre. Universitat Rovira i Virgili. Campus Sescelades, C/ Marcel·lí Domingo
s/n. 43007-Tarragona
*E-mail: [email protected]
2Advanced
Abstract:
All-solid-state ion-selective electrodes (ISEs) nowadays attain similar performance characteristics to conventional
liquid-junction ISEs and, what is more, offer new technical possibilities such as true miniaturisation, cost-effective
fabrication, no need of maintenance and multiple substrate configurations. These new features, together with
advances in all-solid-state reference electrodes (RE) and the simple instrumentation employed in potentiometry, can
be the key to bring potentiometric analysis to a wide range of applications in the years to come. In particular, the
cost-effective miniaturisation of potentiometric systems can provide analytical solutions to issues which still today
remain mostly unsolved such as decentralised and multiplexing analysis1.
Here we report on a potentiometric strip consisting of planar all-solid-state ISE and RE, both based on single-walled
carbon nanotubes (SWCNTs) and photocured poly(n-butylacrylate). This cost-effective potentiometric strip has been
fabricated by screen-printing the electrode connections, and subsequently drop-casting SWCNTs grafted with
octadecylamine, the K+-selective and RE membranes.
The planar RE is insensitive (slopes inferior to 2 mV/dec) to a wide range of chemical concentrations (from 10-1 M to
10-7 M) of various cations and anions, molecules and proteins2. On the other hand, the planar K+-ISE shows excellent
potentiometric performance characteristics: close to Nernstian sensitivity (57.2 ± 1.2 mV/decade aK+), fast response
time (<10 s) within the linear range from 10-6 to 10-2 M, a limit of detection of 10-6.6 M and excellent stability and
selectivity coefficients. The use of SWCNTs enhances signal stability and avoids undesired effect of light in shortterm measurements. Furthermore, the potentiometric strip can be stored in dry conditions for 8 months without loss
of its performance characteristics. These features open the way to robust, low detection limit, high selectivity and
low-cost decentralised and multiplexing potentiometric analysis.
In order to test the applicability of the potentiometric strip, we have measured K+ concentration in five saliva samples
and eight natural beverages. The determination of K+ in saliva can be very valuable in a quick and decentralized
assessing of hypertension, renal failure, cardiac distress, disorientation and dehydration3,4. On the other hand, a
decentralized monitoring of the quality of beverages along the production and distribution process could significantly
increase the process efficiency, thus saving time and money. Noteworthy, the potentiometric strip cell gives
comparable K+ concentration results to atomic emission spectroscopy.
1
Yáñez-Sedeño, P., Pingarrón, J.M., Riu, J., Rius, F.X. TrAC 29 (2010) 939
Rius-Ruiz, F.X., Bejarano-Nosas, D., Blondeau, P., Riu, J., Rius, F.X., Anal. Chem. (2011) doi:10.1021/ac200627h
3
Nagler, R.M., Clin. Chem. 54 (2008) 1415
4
Chiappin, S., Antonelli, G., Gatti, R., De Palo, E.F., Clin. Chem. Acta 283 (2007) 30
2
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C4
ELECTRODOS FUNCIONALIZADOS CON REDES DE NANOPARTÍCULAS DE ORO
ELECTROPOLIMERIZADAS PARA EL DISEÑO DE BIOSENSORES ENZIMÁTICOS
R. Villalonga1*, P. Díez1, P. Yáñez-Sedeño1, M. Eguílaz1, S. Casado2 and J.M. Pingarrón1
1Departamento
de Química Analítica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, Ciudad
Universitaria s/n 28040-Madrid, España
2IMDEA Nanociencias, Ciudad Universitaria de Cantoblanco, 28049-Madrid, España
*E-mail: [email protected]
Resumen:
En la actualidad, el diseño de superficies electródicas nanoestructuradas con nuevos nanomateriales
electroconductores constituye una de las estrategias más efectivas para el desarrollo de plataformas biosensoras
con mejoradas propiedades electroanalíticas y de estabilidad. El presente trabajo describe un nuevo método para la
modificación de electrodos metálicos con matrices electroconductoras tridimensionales de nanopartículas de oro
entrecruzadas mediante uniones tipo bis-anilina, los cuales se emplearon como soportes para la inmovilización de
enzimas redox y la posterior construcción de biosensores enzimáticos. Para este fin se diseñaron y sintetizaron
nanopartículas de oro (diámetro: 2.5 - 5.7 nm) polifuncionalizadas in situ con tres tipos de ligandos tiolados
diferentes, cada uno de ellos con una función específica sobre las propiedades de las nanopartículas preparadas.
En este sentido se emplearon como ligandos: 1) el p-aminotiofenol como unidades polimerizables, 2) el ácido 2mercaptoetanosulfónico como unidades de solubilización, y finalmente 3) ligandos específicos encargados de
facilitar la inmovilización enzimática. En el presente trabajo se sintetizaron nanopartículas de oro funcionalizadas
con ácido 3-mercaptofenilborónico para la inmovilización orientada de glicoenzimas, y con dendrones de
poliamidoamina G-4 con núcleos de cisteamina (PAMAM G-4) para la inmovilización covalente de enzimas mediante
entrecruzamiento con glutaraldehído (Figura 1).
Las nanopartículas preparadas fueron electropolimerizadas sobre la superficie de electrodos de oro, previamente
modificados con monocapa de p-aminotiofenol, produciendo matrices tridimensionales electroconductoras. Sobre las
superficies polifuncionalizadas con residuos de ácido borónico se inmovilizó la enzima peroxidasa, construyéndose
con estos electrodos un biosensor de tercera generación para H2O2 que presentó linealidad en la respuesta para un
rango de concentraciones de analito de 5 µM a 1.1 mM, una alta sensibilidad de 498 µA·M-1·cm-2, y un bajo límite
de detección de 1.5 µM.
La enzima tirosinasa fue asimismo inmovilizada covalentemente sobre la superficie de los electrodos recubiertos con
redes de nanopartículas de oro funcionalizadas con estructuras dendríticas. El biosensor construido con estos
electrodos presentó muy bajo límite de detección para el catecol (20 nM), con un rango de respuesta lineal para
concentraciones de 50 nM a 10 µM de este analito, y un alto valor de sensibilidad de 1.94 A·M-1·cm-2. Los resultados
obtenidos en este trabajo avalan el uso bioelectroanalítico de electrodos nanoestructurados con matrices de
nanopartículas electropolimerizadas.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C4
Figura 1: Preparación de los electrodos nanoestructurados con redes de nanopartículas de oro para la detección de
H2O2 (A) y catecol (B).
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C5
A DNAZYME BASED SENSOR FOR THE DETECTION OF ASCORBIC ACID
Natalia Malashikhina and Valery Pavlov*
CIC biomaGUNE, Parque Tecnológico de San Sebastián, Paseo Miramón 182, 20009, San Sebastián, Spain
*E-mail: [email protected]
Abstract:
DNAzymes, also known as deoxyribozymes are single stranded DNA molecules which have catalytic activity. A big variety of
DNAzymes have been discovered by in vitro evolution to catalyse a broad repertoire of chemical reactions. They exist only
in the laboratory, but there they are very powerful. DNAzymes were first used in lead-ion dependent RNA cleaving, and the
catalytic action of them was a hundred fold that of the noncatalyzed process. In the ten or so years since, many other
DNAzymes have been created, each with a specific action.Their potential as both therapeutic and diagnostic tools has been
extensively investigated. We have developed a new DNAzyme based biosensor for the detection of ascorbic acid.
Cu2+
Ascorbic Acid
Cu2+
Figure 1: Operation of Ascorbic Acid sensing system
The sensor consists of two single-stranded DNA which form a complex in the presence of cofactors-copper ions and
ascorbic acid. The substrate (in blue) is labeled with a fluorophore and with quencher. The substrate and enzyme are
interacted via base-pairing. The 5’-end of the enzyme form hydrogen bonds with substrate via complementary base-paring
and the 3’-end forms a DNA triplex. The fluorophore emission is quenched by neighbouring quencher. In the presence of
both cofactors, the substrate is irreversibly cleaved at the special site (the guanine in red) and the cleaved parts are
released leading to the fluorescence enhancement. The detection limit of the method is 2.5 μM and the time of detection
was around 3-5 minutes. We also improved our system by conjugation with 13 nm gold nanoparticles. In that case the
detection limit was increased to 500 nM.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C6
ELECTROCHEMICAL IMMUNOSENSOR FOR THE DETECTION OF CELIAC DISEASE
AUTOANTIBODIES USING A NANOHYBRID TRANSDUCER SURFACE
Marta Maria Pereira da Silva Neves1,2,3, María Begoña González-García3, Hendrikus Petrus Antonius Nouws1, Alice
Santos-Silva2, Cristina Delerue-Matos1 and Agustín Costa-García3*
aREQUIMTE,
Instituto Superior de Engenharia do Porto, Rua Dr. António Bernardino de Almeida 431, 4200-072
Porto, Portugal
bFaculdade de Farmácia da Universidade do Porto, Rua Aníbal Cunha 164, 4099-030 Porto, Portugal
cDepartamento de Química Física y Analítica, Universidad de Oviedo, Av. Julián Clavería, 8, 33006 Oviedo, España
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Celiac disease (CD) is an autoimmune enteropathy that affects the gastrointestinal tract of genetically susceptible
individuals after the ingestion of gluten. Over time there has been a substantial increase in background prevalence of
the disease affecting around 1% of most population and a high percentage of cases remain underdiagnosed. The
current treatment consists of a life-long gluten-free diet, which leads to significant clinical and histological
improvement. Small bowel biopsy has been the gold standard diagnosis for CD during many years; however the
identification of antibodies involved in the autoimmune response led to the development of new and non-invasive
diagnostic tests. Serologic screening reveals to be very useful to rule out clinical suspicious cases and also to help
monitor the patients after adherence to a gluten-free diet. Serum IgA and IgG antibodies against gliadin, tissue
transglutaminase (tTG), and endomysium are detectable in individuals with celiac disease.
In this work, an electrochemical immunosensor for the detection of anti-tTG antibodies in real serum samples was
developed. The transducer surface consists on screen-printed carbon electrodes modified with a carbon
nanotubes/gold nanoparticles hybrid system, which provides a very useful surface for the amplification of the
biorecognition events. The immunosensing strategy is based on the immobilization of tTG, the antigen of capture for
the autoantibodies of interest, onto the nanostructured surface. The antigen–antibody interaction is recorded using
alkaline phosphatase labelled anti-human antibodies and a mixture of 3-indoxyl phosphate with silver ions (3-IP/Ag+)
worked as the substrate. The analytical signal obtained is due to the anodic redissolution by cyclic voltammetry of
metallic silver generated enzymatically.
The electrochemical behaviour of this immunosensor was carefully evaluated assessing aspects as sensitivity, nonspecific binding, limit of detection, reproducibility and stability. The results were compared with a commercial enzyme
linked immunosorbent assay (ELISA) test, and an excellent degree of correlation was observed between both
methods.
Acknowledgments: This work has been supported by a PhD grant (SFRH/BD/46351/2008) attributed to Marta Maria Pereira da Silva Neves by
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) and Fundo Social Europeu (FSE).
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C7
ION-SELECTIVE ELECTRODES (ISE) BASED ON NEW CARBON NANOMATERIALS
ENTRAPPED IN THE POLYMERIC MATRIX
Sabrina Küpper*, F. Xavier Rius-Ruiz, Enrique Parra, Pascal Blondeau, Jordi Riu and F. Xavier Rius
Universitat Rovira i Virgili. Departament de Química Analítica i Química Orgànica. Campus Sescelades, C/ Marcel·lí
Domingo s/n. 43007-Tarragona
*E-mail: [email protected]
Abstract:
A series of new and rapid-to-build all-solid-state ion-selective electrodes (ISE), using for the first time novel
functionalized carbon nanomaterials, as transduction layers entrapped in the polymeric matrix, is presented. The
electron transduction properties of different carbon materials, such as multi-layer graphene flakes and graphite
nanofibers (all of them functionalized with octadecylamine – ODA – to improve the solubility of these materials), is
demonstrated. A polymeric dispersion, containing the sensing cocktail as well as the carbon nanomaterial, is drop
casted directly on a solid substrate and photo polymerized to form the ISE. The introduction of different percentages
of carbon nanomaterials in the sensing cocktail plays an essential role to increase the hydrophobicity of the
membrane reducing undesired water layers at the interfaces and to obtain stable potentiometric signals by ion-toelectron transduction. The over-all-performance of the sensors is demonstrated by determining K+ as a case
example. The electrodes containing ODA-functionalized graphite nanofibers showed an improved performance over
ODA-functionalized multi-layer graphene flakes in potentiometric measurements. ISEs containing ODA graphite
nanofibers achieved Nernstian responses with a very good long term stability responses and selectivity coefficients
comparable to conventional liquid ISEs containing the same type of membrane. These ISEs were extensively
characterized using chronopotentiometry, Raman spectroscopy and electronic microscopy, the resistance of the
membrane was determined by electronic impedance spectroscopy and water layer tests by gas diffusion were
carried out.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C8
DECORACIÓN DE NANOTUBOS DE CARBONO CON NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS
RECUBIERTAS CON POLIETILENGLICOL PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN BIOSENSOR
DE XANTINA
Paula Díez1*, Reynaldo Villalonga1, María L. Villalonga2 and José M. Pingarrón1
1Departamento
de Química Analítica, Facultad de Ciencias Químicas,
Universidad Complutense de Madrid, Ciudad Universitaria s/n 28040-Madrid, España
2Centro de Tecnología Enzimática, Universidad de Matanzas, Cuba
*E-mail: [email protected]
Resumen:
En este trabajo se propone un nuevo enfoque para decorar nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) con
nanopartículas superparamagnéticas de Fe3O4, basado en la modificación de estas con monometoxipolietilenglicol
(PEG) y su posterior unión no covalente e irreversible a las paredes de los SWNT. El potencial bioelectroanalítico de
este nanomaterial híbrido se evaluó mediante la inmovilización de la xantina oxidasa (XO) como una enzima modelo
y la construcción de un dispositivo biosensor para la xantina empleando electrodos serigrafiados de oro (AuSPEs)
(Figura 1).
Las nanopartículas de magnetita se prepararon por co-precipitación de las sales Fe (II)/(III) en medio alcalino, y
fueron posteriormente recubiertas con una capa de (3-aminopropil)-trietoxisilano (APTES). Las nanopartículas de
Fe3O4@APTES se modificaron con el N-hidroxisuccinimidil monometoxipolietilenglicolsuccinato, con el objetivo de
introducir cadenas de PEG sobre su superficie. Las nanopartículas de Fe3O4@APTES-PEG fueron finalmente
unidas a la superficie de los SWNT, confiriéndoles propiedades superparamagnéticas a los nanotubos. Los nuevos
nanomateriales obtenidos se caracterizaron por FE-SEM, TEM, FT-IR y magnetometría SQUID.
Las nanopartículas magnéticas de Fe3O4@APTES-PEG fueron evaluadas como soportes para la inmovilización de
XO con glutaraldehído, las cuales se emplearon en la construcción de un biosensor enzimático para xantina tras
adsorción sobre las paredes de los SWNT e inmovilización magnética sobre AuSPEs. El biosensor de
SWNT/Fe3O4@APTES-PEG-XO preparado mostró excelentes propiedades electroanalíticas, entre las que destacan
un rango de respuesta lineal para concentraciones de xantina entre 0.25 µM y 3.5 µM, una rápida respuesta
analítica a los 12 s, una alta sensibilidad de 1.31 A·M/cm2, una baja constante de Michaelis de 12.8 µM, y un bajo
límite de detección de 60 nM. El biosensor retuvo 76% de su capacidad analítica inicial tras 40 días de conservación
a 4ºC. Estas propiedades permiten la comparación ventajosa del biosensor de xantina preparado con otros descritos
con anterioridad en la literatura científica.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
Figura 1: Esquema de la preparación y funcionamiento del biosensor SWNT/Fe3O4/APTES-PEG-XO.
C8
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C9
PT NANOPARTICLE/CARBON NANOFIBER-MODIFIED SCREEN-PRINTED ELECTRODES
FOR AMPEROMETRIC DETECTION OF H2O2
Oscar Loaiza1*, Pedro J, Lamas-Ardisana1, Maryam Borghei2, Larraitz Añorga1,Virginia Ruiz1, Estibalitz Ochoteco1,
Germán Cabañero1
1Sensors
and Photonics Unit, New Materials Department, CIDETEC-IK4, Paseo Miramón 196, 20009 San Sebastián
(Spain)
2Department of Applied Physics, Aalto University, P.O.Box 15100, FI-00076 Aalto (Finland)
*E-mail: [email protected]
Abstract:
Nanostructuring electrode surface represents an effective way to increase sensitivity and selectivity in
electrochemical sensors. In particular, carbon nanotubes (CNT) and nanofibers (CNF) promote electron transfer
reactions at low overpotentials, which has motivated extensive coupling of these nanomaterials with enzymes in
biosensors. Modification of CNT with Pt nanoparticles enables further lowering of the overpotential for amperometric
detection of H2O2, the enzymatic by-product of oxidase-based biosensors and hence of great relevance. Pt
nanoparticle deposition on CNT/CNF-modified electrodes is normally conducted by electrochemical methods, which
leads to large particles and broad size distributions and cannot be regarded as a fast and large-scale preparation
method.
a)
b)
Figure 1: (a) TEM and SEM images of the Pt/CNF, (b) cyclic voltammetry and chronoamperometry for H2O2
Here we will show the excellent sensing properties of nanostructured home-made screen-printed electrodes (SPE)
prepared by drop casting solutions of graphitized carbon nanofibers (GCNF) decorated with well-dispersed ultrasmall Pt nanoparticles featuring very narrow size distribution (2-3 nm). The Pt/GCNF composites (figure 1 a) are
prepared by chemical reduction of the Pt precursor. The analytical features for H2O2 detection of GCNF-modified
SPEs with Pt nanoparticles deposited by electrochemical and chemical routes (with same Pt loading per sensor)
have been compared. Results obtained show that Pt utilization in the composites prepared by the chemical route is
much higher, leading to considerably higher sensitivity and lower detection limits at a low detection potential (+0.3 V
vs Ag/AgCl pseudoreference electrode, figure 1 b) than the electrochemically prepared ones. The good
electroanalytical properties of these Pt/GCNF composites combined with the intrinsic advantages of SPE technology
represent a promising alternative towards the development of a straightforward, reproducible and large-scale
production method of oxidase-based biosensors.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C10
DETECCIÓN ELECTROQUÍMICA DE POLIFENOLES EN VINOS MEDIANTE ELECTRODOS
MODIFICADOS CON NANOTUBOS DE CARBONO EN UN SISTEMA FIA
Alberto Sánchez Arribas, Marta Martínez, Mónica Moreno, Esperanza Bermejo, Antonio Zapardiel1 and Manuel
Chicharro
Capillary Electrophoresis Dual Detection Group. Dpto.de Química Analítica y Análisis Instrumental. Facultad de
Ciencias. Universidad Autónoma de Madrid. 28049 Madrid.
1Dpto. de Ciencias Analíticas. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED). 28040
Madrid.
Resumen:
El empleo de técnicas electroanalíticas como una alternativa rápida, sencilla y eficaz a los métodos
espectrofotométricos tradicionales para el análisis rutinario de los índices de polifenoles en vinos viene siendo
estudiado en los últimos años. La oxidación electroquímica de estos compuestos a potenciales moderados permite
su cuantificación en estas muestras con mínimo tratamiento previo y de forma bastante selectiva.
En esta comunicación se muestra la aplicación de electrodos modificados con películas de nanotubos de carbono al
análisis de polifenoles en muestras de vino empleando un sistema de análisis por inyección en flujo (FIA). La
presencia de la capa de estos nanomateriales confiere una excelente estabilidad a las señales electroanalíticas
obtenidas, aumentando notablemente la vida útil del sensor y, por tanto, pudiendo analizar de forma fiable una gran
cantidad de muestras. Además, se ha observado que existe una buena correlación entre los resultados obtenidos
con la metodología electroanalítica propuesta y los resultados correspondientes al análisis espectrofotométrico
convencional (índices Folin-Ciocalteu y absorbancia a 280 nm) para 10 vinos blancos y tintos. En las condiciones de
medida optimizadas (Electrolito soporte: tampón acetato 0.050 M con NaCl 0.10 M de pH 4.5; Flujo: 2.5 mL/min;
Potenciales de detección: +0.30 y +0.70 V) es posible analizar 25 muestras por cada hora (2 inyecciones por
muestra) sin observar pérdida de señal durante más de 5 horas de trabajo. La reproducibilidad de las señales para
cada electrodo, expresada como DER, son inferiores al 5.8 % (20 inyecciones consecutivas) mientras que entre
electrodos es de 6.2 % (10 electrodos).
Agradecimientos: Ministerio de de Ciencia e Innovación (Proyecto CTQ2009-09791).
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C11
DESARROLLO DE UN NANOBIOSENSOR DE COLINA MEDIANTE LA INMOBILIZACIÓN DE
COLINA OXIDASA SOBRE NANOPARTICULAS MAGNETICAS
M. E. Ortega Castell*, J. Galbán y S. de Marcos
Grupo de Biosensores Analíticos (GBA), Departamento de Química Analítica, Facultad de Ciencias, Universidad de
Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón (INA). Pedro Cerbuna 12, 50009, Zaragoza, España
*E-mail: [email protected]
Resumen:
La colina oxidasa (ChOx) es una enzima de la familia de las oxidasas que cataliza la oxidación en dos pasos de
colina (Ch) a glicín betaína (GB) vía betaína aldehído (BA). Esta reacción esta mediada por el FAD (flavín adenín
dinucleótido) de la enzima y utiliza oxigeno como aceptor primario de electrones:
Colina + O2 <=== ChOx ==> Betaína Aldehído + H2O2
Betaína Aldehído + O2 <=== ChOx ==> Glicín Betaína + H2O2
En los últimos años nuestro grupo de investigación ha desarrollado nuevos métodos tanto para la determinación de
Ch como del intermedio BA. Para ello se han utilizado las propiedades de fluorescencia intrínsecas de la ChOx
debidas a los grupos triptófano (UV) y el cofactor FAD (visible). Las medidas llevadas a cabo a las longitudes de
onda del FAD (λexc = 410 nm y λem = 520 nm; pH 9) permiten la determinación de Ch y BA en un rango de
concentración de 10-5 a 10-4 M1.
A su vez se ha realizado la modificación química de la ChOx con dos fluoróforos, fluoresceína (ChOX-FS) y un
quelato de rutenio (ChOx-Ru), para llevar a cabo la determinación a longitudes de onda superiores y evitar
interferencias espectrales. Mediante el seguimiento de la desactivación de la fluorescencia del Ru (λexc = 457 nm y
λem = 610 nm; pH 9) por el O2 generado durante la reacción se obtiene un rango de respuesta de 10-5 a 10-4 M tanto
para Ch como BA. Ambos fluoróforos son complementarios ya que con ChOX-FS se determinan concentraciones
más bajas que con ChOX-Ru2.
Actualmente se está desarrollando un nanobiosensor basado en la inmovilización de la ChOx en nanopartículas
magnéticas (NP), y se están evaluando los distintos tipos de señales de fluorescencia que se pueden utilizar
(fluorescencia intrínseca de la ChOx en el UV y visible, y de ChOx-FS y ChOx-Ru).
Se han elegido nanopartículas magnéticas carboxiladas comerciales de 200 nm de diámetro (fluidMAG-ARA). El
proceso de inmovilización se realiza mediante la unión de los grupos amino de la enzima y los grupos carboxilo de
las nanopartículas, activados previamente con EDC (N-(3-dimetilaminopropil)-N’-etilcarbodiimida). En un intento de
facilitar la unión a las nanopartículas, se ha incrementado químicamente la cantidad de grupos amino de la ChOx.
Para ello se la ha sometido a la oxidación de su parte glucosilada para generar grupos aldehído que posteriormente
se utilizan para la posterior unión a tetraetilenpentamina. Este procedimiento, que ha dado buenos resultados con la
glucosa oxidasa3 provoca, sin embargo, la desnaturalización de la ChOx.
Trabajando con la enzima sin modificar, se ha observado que la unión de la ChOx a la NP se realiza con una baja
perdida de actividad enzimática, aunque hasta la fecha el rendimiento de unión es bajo (en torno al 20%). En estas
condiciones no es posible realizar el seguimiento de la reacción utilizando la débil fluorescencia del FAD, pero sí que
se ha podido seguir la reacción mediante la fluorescencia intrínseca en el UV (λexc = 280 nm y λem = 340 nm; pH 9).
Actualmente se está realizando un estudio pormenorizado de optimización de las variables que afectan a la
estabilidad y el rendimiento de unión de la ChOx a la NP, así como al proceso de detección de la fluorescencia.
Agradecimientos: Este trabajo ha sido realizado con cargo al proyecto CTQ-2008-06751-C02-01/BQU del Ministerio de Ciencia e Innovación
(MCI) de España.
1
Ortega-Castell, M.E.; Galbán, J.; de Marcos, S; Dominguez, A. Luminescence 25 (2010) 252
Hermanson G.T. Bioconjugate Techniques. Academic Press. 2ª Ed. 2008. Cap. 2
3
del Barrio, M; de Marcos, S; Cebolla, V; Galbán, Luminescence 25 (2010) 260
2
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C12
DESARROLLO DE UN NANOBIOSENSOR AUTOINDICADOR PARA GLUCOSA BASADO EN
LA FLUORESCENCIA DE LA GLUCOSA OXIDASA.
M. del Barrio1,2*, M. Moros3, S. Puertas3, V. Grazú3, S. de Marcos2,3, J. M de la Fuente3 V. Cebolla1 y J. Galbán2,3
1Instituto
de Carboquímica. Miguel Luesma Castán, 4. 50018 Zaragoza
de Ciencias. Pedro Cerbuna, 12. 50009 Zaragoza
3Instituto Universitario de Nanociencia de Aragón. Mariano Esquillor edif. I+D. 50018 Zaragoza
*E-mail: [email protected]
2Facultad
Resumen:
Se está desarrollando un nanobiosensor óptico autoindicador para la determinación de glucosa en los fluidos
intersticiales del tejido subcutáneo. Se basa en el uso de glucosa oxidasa que, por un parte, se ha modificado
químicamente con un fluoróforo1 cuya fluorescencia cambia reversiblemente durante la reacción enzimática (FlGOx), y por otra, se ha unido a nanopartículas magnéticas, que actúan como soporte físico biocompatible (Fl-GOxNP).
El objetivo es conseguir que el sistema Fl-GOx-NP: 1) sea estable (no se rompan los enlaces NP-GOx o GOx-Fl); 2)
mantenga la actividad de la enzima, y 3) permita la detección por fluorescencia.
Los estudios realizados indican que, tras la unión del fluoróforo, para conseguir una inmovilización estable de la
enzima (conservando su actividad), se hace necesaria una modificación química adicional de la enzima para
incrementar la densidad de grupos amino capaces de unirse a la nanopartícula. La modificación realizada consiste,
primero, en la oxidación de la parte glucosilada de la GOx para generar grupos aldehídos2, y después, en la unión a
tetraetilenpentamina (Fl-GOx-PA).
La Fl-GOx-PA se puede unir a dos tipos de nanopartículas, ambas funcionalizadas con grupos carboxilo.
Las primeras (denominadas fluidMAG-PAA), tienen un diámetro medio de 200 nm, lo que permiten conseguir una
elevada densidad de enzima por nanopartícula (20 UI de Fl-GOx-PA/mg de NP). Sin embargo, el elevado tamaño de
estas NP afecta a las medidas de fluorescencia de dos formas: por absorción (impidiendo la excitación) y por
dispersión (aparición de bandas de se superponen al espectro de fluorescencia de la GOx). Las medidas de
decaimiento de fluorescencia resuelven este último problema utilizando un desfase adecuado en la detección con
respecto de la excitación. Con este fin, se han realizado ensayos usando un complejo de Ru (de elevado tiempo de
vida) como modificador fluorescente de la GOx. Sin embargo, la débil fluorescencia del Ru en las condiciones de
trabajo no ha permitido observar reproduciblemente los cambios esperados en la fluorescencia debidos a la reacción
con glucosa.
Las segundas nanopartículas (denominadas Fe3O4PMAO), tienen un tamaño muy inferior a las anteriores (8 nm), lo
que permite corregir más fácilmente los problemas espectrales. Su unión a la Fl-GOx-PA (usando fluoresceína, FS,
como fluoróforo), ha permitido disponer de un sistema analítico robusto. Se ha optimizado la densidad de enzima
por nanopartícula (8 UI de Fl-GOx-PA/mg de nanopartícula) y en las condiciones experimentales ensayadas se
puede realizar la determinación de glucosa, al menos en el intervalo comprendido entre 100 y 500 mg L-1. La figura 1
recoge la variación de la fluorescencia de la FS para distintas concentraciones de glucosa. Aunque por su tamaño
estas nanopartículas no son adecuadas para la implantación directa (no son atraídas por imanes), se ha realizado la
incorporación de estas Fl-GOx-PA-NP a hidrogeles de poliacrilamida. Es posible su entrampamiento en el hidrogel y
se ha observado la fluorescencia del fluoróforo FS.
El siguiente paso es realizar estudios de viabilidad espectral de la fluorescencia del sistema Fl-GOx-PA-NP con las
propiedades espectroscópicas de la piel, utilizando piel animal, para evaluar las posibilidades de la medida de la
fluorescencia a su través.
1
2
del Barrio, M; de Marcos, S; Cebolla, V; Galbán, J. Luminescence 25 (2010) 260
Hermanson, GT. Bioconjugate Techniques. Capítulo 2. Academic Press. 2ª Ed, 2008
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C12
Figura 1: Variación en la intensidad de fluorescencia de Fl-GOx-PA-NP para diferentes concentraciones de glucosa.
Agradecimientos: Este trabajo ha sido realizado con cargo a los proyectos CTQ2008-06751-C02-01/BQU del Ministerio de Educación y Ciencia
(MEC) y CONSOLIDER-INGENIO 2010 NANOBIOMED (MEC). M. del Barrio agradece al CSIC la beca del programa JAE-Predoc.
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C13
NANOPILARES DE MATRIZ POLIMÉRICA SOBRE SUBSTRATO TRANSPARENTE PARA
BIOSENSADO ÓPTICO SIN MARCAJE
F.J. Ortega1*, M.-J. Bañuls1, F.J. Sanza2, D. López-Romero3, R. Casquel2, M. Holgado2, M.F. Laguna2, C.A.
Barrios3, A. Maquieira1 y R. Puchades1
1Centro
de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera
s/n, 46022 Valencia
2Centro Láser, Universidad Politécnica de Madrid, Campus Sur, 28031 Madrid
3Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología, Universidad Politécnica de Madrid, Ciudad Universitaria
s/n, 28040 Madrid
*E-mail: [email protected]
Resumen:
El desarrollo de dispositivos sensores para la detección y cuantificación de biomoléculas es interesante en diversos
campos de aplicación, como salud, investigación farmacéutica, defensa o medio ambiente. La tecnología basada en
inmunoensayo proporciona una alta eficiencia en los resultados, bajos límites de detección, alta selectividad y un
amplio espectro de analitos para detectar. El proceso de inmunoreconocimiento requiere una etapa previa de
inmovilización sobre áreas específicas del biosensor, de modo que las biomoléculas a analizar sean reconocidas
sobre estas zonas. La monitorización de la biointeracción puede llevarse a cabo mediante marcaje con agentes
externos (colorimétricos, fluorimétricos…) o sin presencia de ellos, utilizando técnicas ópticas de detección. La
biodetección óptica sin marcaje ofrece importantes ventajas relacionadas con el procedimiento de análisis, la
facilidad en el manejo, la optimización de los costes y la posibilidad de analizar compuestos cuyo marcaje es difícil.
Recientemente, nuestro grupo de investigación ha desarrollado nuevas plataformas de biosensado óptico sin
marcaje, basadas en nanopilares del polímero SU-8 y fabricadas sobre una plataforma de silicio1, denominadas
BICELLs, donde la respuesta óptica viene determinada por el espectro de reflexión producido tras la interrogación
del haz del láser.
El presente trabajo describe la respuesta óptica asociada a un proceso de biosensado utilizando medidas por
transmisión, en lugar de reflexión. Para ello, se han desarrollado plataformas BICELLs de tamaño micrométrico
constituidas por nanopilares fabricados con el polímero SU-8 sobre un substrato transparente (ITO). La utilización de
este nuevo tipo de substrato permite una mayor fiabilidad del proceso de fabricación mediante litografía debido a su
elevada conductividad. Todo ello se ha traducido en la posibilidad de evaluar la influencia del parámetro de red entre
nanopilares en términos de sensibilidad, trabajando con estructuras de 700 y 800 nm (Figura 1), puesto que se ha
demostrado, a partir de un simple modelo de cálculo teórico, la influencia del tamaño y separación de los
nanopilares en la respuesta del biosensado2.
Como prueba de concepto, se llevaron a cabo diversos experimentos encaminados a la detección de anticuerpos
contra la hormona gestrinona en un suero sin purificar, mediante ensayos de inmunoreconocimiento en formato
indirecto y la monitorización del desplazamiento del espectro de respuesta. La gestrinona es un esteroide sintético,
de aplicación en farmacología y tratamientos clínicos, que está incluido en la lista de sustancias prohibidas en el
deporte. El mejor límite de detección (LOD) se obtuvo para las bioceldas de 700 nm de parámetro de red, que fue de
64 pg/mL, lo que mejora los resultados de detección de gestrinona basados en otras técnicas de análisis3. Se
demuestran así las altas prestaciones alcanzadas para la detección de anticuerpos anti-gestrinona, mejorando los
resultados registrados para la interrogación de los nanopilares por reflexión. Todo ello, unido a la fácil aplicación en
el dispositivo de la muestra sin purificar, permite que estas celdas de biosensado sobre substratos transparentes
aparezcan como un importante avance en el campo de las tecnologías de nanobiosensado óptico sin marcaje.
1
Holgado, M.; Barrios, C.A.; Ortega, F.J.; Sanza, F.J.; Casquel, R.; Laguna, M.F.; Bañuls, M.J.; López-Romero, D.; Puchades, R.; Maquieira, A.
Biosens. Bioelectron. 25 (2010) 2553-2558
2
Casquel, R.; Holgado, M.; Sanza, F.J.; Laguna, M.F., Barrios, C.A., López-Romero, D., Ortega, F.J., Bañuls, M.J., Puchades, R., Maquieira, A.
Phys. Status Solid. C 8 (2011) 1087-1092
3
Wang, Q.; Wu, Z.; Wang, Y.; Luo, G.; Wu, E.; Gao, X. J. Chromatogr. B 746 (2000) 151-159
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C13
Figura 1: (a) Esquema de interrogación óptica por transmisión. Imágenes de microscopía electrónica de barrido de
los nanopilares con parámetros de red de 700 nm (b) y 800 nm (c). (d) Comparativa del tamaño de las bioceldas
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C14
NANOSTRUCTURED DISPOSABLE IMPEDIMETRIC SENSORS AS TOOLS FOR SPECIFIC
BIOMOLECULAR INTERACTIONS: SENSITIVE RECOGNITION OF CONCANAVALIN
Pedro J. Lamas-Ardisana*, Oscar Loaiza, Elena Jubete, Estibalitz Ochoteco, Iraida Loinaz and Germán Cabañero.
Departamento de Nuevos Materiales, CIDETEC-IK4, Paseo Miramón 196, 20009 San Sebastián (Spain)
*E-mail: [email protected]
Abstract:
The development of sensors to detect specific weak biological interactions is still today a challenging topic.
Characteristics of carbohydrate-protein (lectin) interactions include high specificity and low affinity. This work
describes the development of nanostructured impedimetric sensors for the detection of concanavalin A (Con A)
binding to immobilized thiolated carbohydrate derivatives (D-mannose or D-glucose) onto screen-printed carbon
electrodes (SPCEs) modified with gold nanoparticles.
Thiolated D-galactose derivative was employed as negative control to evaluate the selectivity of the proposed
methodology. After binding the thiolated carbohydrate to the nanostructured SPCEs, different functionalized thiols
were employed to form mixed self-assembled monolayers (SAM). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS)
was employed as a technique to evaluate the binding of Con A to selected carbohydrates through the increase of
electron transfer resistance of the ferri/ferrocyanide redox probe at the differently SAM modified electrodes.
Different variables of the assay protocol were studied in order to optimize the sensor performance. Selective Con A
determinations were only achieved by the formation of mixed SAMs with adequate functionalized thiols. Important
differences were obtained depending on the chain lengths and functional groups of these thiols. For the 3-mercapto1-propanesulfonate mixed SAMs, the electron transfer resistance varied linearly with the Con A concentration in the
2.2-40.0 μg mL-1 range for D-mannose and D-glucose modified sensors. Low detection limits (0.099 and 0.078 pmol)
and good reproducibility (6.9 and 6.1%, n = 10) were obtained for the D-glucose and D-mannose modified sensors,
respectively, without any amplification strategy.
Figure 1: Scheme for the sensor fabrication and impedimetric signals for each stage1.
1
Loaiza, O.A., Lamas-Ardisana, P.J., Jubete, E., Ochoteco, E., Loinaz, I., Cabañero, G., García, I., Penadés. S., Anal. Chem., 83 (2011) 2987
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C15
MAGNETIC IN-TUBE SOLID PHASE MICROEXTRACTION
Yolanda Moliner-Martínez1*, Pilar Campins-Falcó1, Eugenio Coronado2, Helena Prima2, Antonio Ribera2
1Departamento
de Química Analítica, Facultad de Química, Universidad de Valencia. Dr. Moliner 50, E46100 –
Burjassot, Valencia. España.
2Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), Universidad de Valencia. Catedrático José Beltrán 2, E46980 –
Paterna,Valencia. España.
*E-mail: [email protected]
Abstract:
We report a new in tube solid phase microextraction approach named magnetic in tube solid phase microextraction,
magnetic-IT-SPME. Magnetic-IT-SPME has been developed on the bases of magnetic microfluidic principles1 with
the aim to improve extraction efficiency of IT-SPME systems. Firstly, a SiO2 supported Fe3O4 magnetic nanoparticles
hybrid material was synthetized and immobilized in the internal surface of a bared fused silica capillary column to
obtain a magnetic adsorbent extraction phase. The capillary column was place inside a magnetic coil that allowed the
application of variable magnetic field. Figure 1 shows the schematic diagram of the magnetic-IT-SPME Capillary LC
system
Figure 1: Schematic diagram of the magnetic-IT-SPME-Capillary LC system. A) Adsorption: retention and B)
Desorption: elution.
Acetylsalicylic acid, acetaminophen, atenolol, diclofenac and ibuprofen were tested as target analytes. The
application of a controlled magnetic field resulted in quantitative extraction efficiencies of the target analytes with
recovery values between 70-100%. These results demonstrated that magnetic forces solve one of the main
drawbacks of IT-SPME systems that are the low extraction efficiency (10-30%).
1
Peyman, S.A., Kwan, E.Y., Margarson, O., Iles, A., Pamme, N., J. Chromatgr A 1216 (2009) 9055
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C16
DNA-DIRECTED IMMOBILIZATION OF GOLD NANOPARTICLE-OLIGONUCLEOTIDE
BIOCONJUGATES AS A STRATEGY TO DEVELOP LSPR BIOSENSORS
N. Tort1,2, J.-Pablo Salvador2,1 and M.-Pilar Marco1,2*
1Applied
Molecular Receptors Group (AMRg). Chemical and Biomolecular Nanotechnology Department. IQAC-CSIC
de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Jordi Girona, 18-26, 08034-Barcelona, Spain
*E-mail: [email protected]
2CIBER
Abstract:
In the last decade, there has been an increased interest on the application of nanoparticles to enhance the features
of the biosensors or to improve their performance. Nanoparticle-based optical biosensors, like those based on
localized surface plasmon resonance (LSPR), have been proved to be suitable for the quantitative detection of
chemical and biological targets1,2,3.
Short DNA sequences have demonstrated to be useful as tools to facilitate biomolecule immobilization on microarray
and sensor surfaces. Thus, proteins, antibodies or haptens can be immobilized onto solid supports4,5 avoiding
problems related to denaturation or lose of the activity due to the immobilization. Similarly, colloidal metal
nanoparticles of different size, shape and material can also be immobilized on different supports using the DNAdirected immobilization strategy (DDI). Thus, DNA-microarrays can be the base for the site-specific immobilization of
gold nanoparticle-oligonucleotide bioconjugates functionalized with complementary strands, allowing the fabrication
of novel nanostructured surface architectures6,7. This strategy can further be used as a top down approach for the
site-selective DNA detection through the hybridization with the corresponding targets, but also, to detect proteins or
other biomolecules using the bio-barcode assay8.
In this communication, we will present the work performed to develop a nanostructured LSPR sensor transducer
using the DNA hybridization to specifically address gold nanoparticles to defined spots of a glass support. This has
allowed the construction of homogenous and biofunctional nanostructured surfaces useful for the detection of
interesting target biomolecules using the LSPR physical principle. As a proof of concept, we have used this approach
for the detection of small molecular weight analytes at low μg L-1 level. The presented strategy may open the doors
for an easy way to construct encoded multiplexed LSPR sensor transducers using the DDI method in combination
with nanoparticles showing distinct optical properties.
Nanostructured surface
Format Assay
1
Fujiwara, K. et al. Anal. Bioanal. Chem., 386 (2006) 639
Kreuzer, M. et al. Anal. Bioanal. Chem., 391 (2008) 1813
3
Willets, et al. Annu. Rev. Phys. Chem., 58 (2007) 267
4
Boozer, C. et al. Anal. Chem., 78 (2006) 1515
5
Tort, N. et al. Trends Anal. Chem., 28 (2009) 718
6
Peschel, S. et al. Mat. Sci. Eng. C, 19 (2002) 47
7
Reichert, J. et al. Anal. Chem., 72 (2000) 6025
8
Hill, H. et al. Nature Protocols, 1 (2006) 324
2
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C16
Figure 1: Scheme of this nanostructured surface and the format assay used to evaluate this platform as a LSPR
transducer
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C17
“ANALYTICAL PERFORMANCE OF ELECTROCHEMICAL DETECTORS BASED ON
SWCNTS ON MICROFLUIDICS”
D. Vilela1, Javier Hernandez2, Alejandro Ansón2, M. Teresa Martínez2,M.C. González1 and A. Escarpa1*
1 Department of Analytical Chemistry and Chem. Ing. Faculty of Chemistry. Universidad de Alcalá,Ctra. MadridBarcelona. KM. 33,600 28871 Alcalá de Henares. Madrid. Spain.
2Instituto de Carboquímica ICB-CSIC, Miguel Luesma 4, 50018 Zaragoza, Spain
E-mail: [email protected]
Abstract:
Electrochemical detection (ED) is a very well-suited detection principle for microfluidic chips because of its inherent
features of miniaturization without the loss of performance and its compatibility with advanced micromachining. High
sensitivity and responses, not dependent on the optical path length or sample turbidity, are additionally very attractive
features. Moreover, the rapid progress in nanotechnology has opened a wide range of horizons for its applications in
electrochemistry. In this way, carbon nanotubes-based electrodes (CNTs) offer many advantages over conventional
ones, such as greater sensitivity, and diminishing of detection potentials via electrocatalytic effect1
To exploit the inherent advantages derived from CNTs, their full-characterization prior to be used with analytical
purposes is of paramount importance. Several aspects must be studied, such as the route of the synthesis,
dispersion performance, purity obtained during synthesis, and the oxidation processed performed on.
The aim of this work has been the evaluation of different single walled carbon nanotubes (SWCNTs) as
electrochemical detectors in microfluidic systems. Screen-printed electrodes were modified with the different
SWCNNTs in order to build the electrochemical detectors.
The influence of dispersant agents (pluronic, SDBS and DMF) as well as the physical and chemical treatment (NIR
index, oxidation processes, and dialysis)2 were systematically studied. Also, hybrid materials based on SWCNTsAuNPS have been explored.
Acknowledgments: Financial support from the Spanish Ministry of Science and Innovation CTQ2008-06730-CO202/BQU and AVANSENS program from Community of Madrid (P2009/PPQ-1642) are grateful acknowledged
1
Lab Chip 9 (2009) 346-353
2
Langmuir, 2011,17, 7192-7198
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
C18
DISEÑO DE SUPERFICIES ELECTRÓDICAS BASADAS EN NANOCOMPOSITES DE
PDDA/MWCNTS Y NANOPARTÍCULAS DE ORO O MAGNÉTICAS DE FERRITA
FUNCIONALIZADAS PARA LA PREPARACIÓN DE BIOSENSORES BIENZIMÁTICOS
M. Eguílaz, R.Villalonga, L.Agüí, P.Yáñez-Sedeño, J.M. Pingarrón
Departamento de Química Analítica, Facultad de Ciencias Químicas,
Universidad Complutense de Madrid)
Ciudad Universitaria s/n 28040-Madrid (España)
E-mail: [email protected]
Resumen:
En este trabajo se describe el diseño de nuevas superficies electródicas en las que se que combinan las ventajas de
las nanopartículas de oro (AuNPs) o de las nanopartículas magnéticas de ferrita funcionalizadas con glutaraldehido
(GA-MNPs) y las de los nanotubos de carbono (MWCNTs) recubiertos de poli(cloruro de dialildimetilamonio) (PDDA)
para la construcción de biosensores bienzimáticos. Los nanocomposites AuNPs/PDDA/MWCNTs y GAMNPs/PDDA/MWCNTs se prepararon por “wrapping” de los nanotubos de carbono con el polieelectrólito PDDA e
interacción con oro coloidal en medio citrato o con una suspensión de nanopartículas magnéticas sintetizadas
previamente a partir de Fe2+, Fe3+ y APTES, y posteriormente funcionalizadas con glutaraldehido (GA). Los
nanoconjugados se caracterizaron por SEM, TEM y electroquímicamente.
Como aplicación, las plataformas electródicas se utilizaron para construir dos biosensores bienzimáticos para la
determinación de colesterol por coinmovilización de colesterol oxidasa (ChOx) y peroxidasa (HRP), empleando
hidroquinona como mediador redox. En la Figura 1 se ha representado, como ejemplo, un esquema de la
preparación y funcionamiento del biosensor ChOx/HRP/GA-MNPs/PDDA/MWCNTs/ GCE. Se optimizaron todas las
variables implicadas en la preparación y en la detección. Al potencial aplicado, -0.05 V vs Ag/AgCl, se obtuvieron las
características analíticas que se resumen en la Tabla 1, que se comparan con las de un biosensor monoenzimático
de ChOx preparado también en el laboratorio.
Como puede observarse, los dos biosensores bienzimáticos presentan mayor sensibilidad y estabilidad que el
monoenzimático. Además, en ellos, el valor del potencial aplicado es suficientemente bajo como para que la
respuesta amperométrica no se vea afectada por el ácido ascórbico o el ácido úrico de las muestras. Por otra parte,
cuando se comparan entre sí las configuraciones bienzimáticas, se observa que la basada en GA-MNPs preesenta
una mayor sensibilidad y un tiempo de vida más largo, lo que se debe probablemente a una mejor inmovilización de
las enzimas sobre el glutaraldehido de las nanopartículas magnéticas funcionalizadas que sobre la superficie de las
AuNPs.
Los biosensores desarrollados se aplicaron al análisis de suero humano contaminado con colesterol a tres niveles
de concentración: 2.0. 5.0 y 7.0 mM, obteniéndose recuperaciones entre 98 y 104%, con desviaciones estándar
relativas de 5.0, 3.6 y 3.1%, respectivamente, para el biosensor ChOx/HRP/AuNPs/PDDA/MWCNTs/GCE, y entre
100 y 103% con desviaciones estándar relativas de 5.5, 4.3 y 3.3%, respectivamente, para el ChOx/HRP/GAMNPs/PDDA/MWCNTs/ GCE.
C18
V Workshop NyNA 2011: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales
OH APTES
OH
OH
Fe2+
2Fe3+
O
O
O
Si
NH2
lavado
GA, 3%
PDDA/MWCNTs
US
PDDA/MWCNTs/MNPs
O
Colesterol
2H+
H2O2
ChOx
HR
BQ
2e
GCE
MNBs
Figura 1. Esquema de
MNPs/PDDA/MWCNTs/GCE
la
preparación
y
GA/MNPs
el
PDDA/MWCNTs ChOx
funcionamiento
del
HRP
biosensor
ChOx/HRP(GA-
Tabla 1. Características analíticas de los biosensores de colesterol
Biosensor
ChOx/AuNPs/PDDA/
MWCNTs/GCE
ChOx/HRP/AuNPs/
PDDA/MWCNTs/GCE
ChOx/HRP/GA-MNPs/
PDDA/MWCNTs/GCE
Potencial,
V
0.6 vs
Ag/AgCl
-0.05 vs
Ag/AgCl
-0.05 vs
Ag/AgCl
Int. lineal,
mM
0.02 – 1.2
Pendiente,
µA/mM
2.23
0.01-1.05
18.6
0.01-0.95
25.4
LOD,
µM
4.4
(3sb/m)
2.2
(3sb/m)
0.85
(3sb/m)
RSD,
%
2.8
(n=5)
5.1
(n=5)
5.8
(n=5)
KMap,
mM
0.89
Tiempo
de vida
7 días
2.18
8 días
1.57
14 días
V Workshop NyNA 2011: Otros
D1
TEMPERATURE EFFECTS ON THE ABSORPTION PROPERTIES IN II-VI SEMICONDUCTOR
CORE-SHELL NANOCRYSTALS
P. Rodríguez1, C. Kanyinda-Malu2 and R.M. de la Cruz1
1Departamento
2Departamento
de Física, Universidad Carlos III de Madrid, Spain
de Economía Financiera y Contabilidad II, Universidad Rey Juan Carlos, Spain
Abstract:
Core-shell nanocrystals exhibit novel properties making them very attractive from both experimental and theoretical
point of view. In fact, due to their size- and surface-dependent properties, quantum dots (QDs) have been
investigated as potential candidate in technical applications such as biological probes, lasing media, optical
amplifiers, and many kinds of infrared photo-detectors. Among examples of core-shell QDs reported in the literature,
we can find CdS on CdSe and CdSe on CdS, ZnS on the CdSe and CdSe on ZnS1,2,3, etc.
In a previous work, we have investigated the optical properties of II-VI semiconductor nanoshells in a wide range of
visible and infrared spectrum of light4. For that purpose, we applied the Mie scattering theory, with bulk-like dielectric
functions for the core and shell semiconductors5. Since the core and shell under investigation have nanometric sizes
(about 10 nm, which is few times the order of the exciton Bohr radius in II-VI semiconductors), it seems appropriate
to use dielectric functions which account on the confinement of charge carriers in order to correlate optical properties
to nanoparticle sizes under appropriate boundary conditions. Therefore, we use in this work QD dielectric functions
reported by Webb et al.6 and Fu et al.7. On the other hand, the temperature effects on optical properties is an
interesting task in order to realize the performance of optoelectronic devices.
The aim of this work is to investigate the temperature effects on optical properties in CdSe/ZnS/polyethylene
nanocrystals in the range of 50 - 300 K. For this, we use Varshni´s law8 [8] which describes the temperature
dependence of the optical bandgaps of II-VI semiconductors. The temperature effect in our model is introduced
through the bandgap both for the cores and shells in the investigated distributions. Also, we use Maxwell-Garnett
theory to evaluate the effective dielectric function ( eff) of the distribution. As an example, we show in figure 1 the
imaginary part of ( eff) as a function of wavelength for different temperatures and a volume factor f = 0.01. We obtain
a red shift around 15 nm of the peak related to the CdSe core, while the red shifting of the ZnS peak is only around 4
nm. Both shiftings are related to the bandgaps shrinking as the temperature increases from 50 K to 300 K.
M.A. Malik, P. O´Brien and N. Revaprasadu, Chem. Mater. 14, 2004 (2002).
J.-H. Song, T. Atay, S. Shi, H. Urabi and A.V. Nurmiko, Nano Lett. 5, 1557 (2005).
3 Y. Ma, H.X. Bai, C. Yang, X.R. Yang, Analyst 130, 1386 (2005).
4 R.M. de la Cruz, C. Kanyinda-Malu, J. Iñarrea, F.J. Clares and S.N. Santalla, Phys. Stat. Sol. (c) 6, 2097 (2009).
5 F. Demangeot, J. Frandon, M.A. Renucci, C. Meny, O. Briot and R.L. Aulombard, J. Appl. Phys. 82, 1305 (1997).
6 K.J. Webb and A. Ludwig, Phys. Rev. B 78, 153303 (2008).
7 ] Y. Fu, L. Thylén and H. Agren, Nano Lett. 8, 1551 (2008).
8 Y.P. Varshni, Physica 34, 149 (1967).
1
2
D1
V Workshop NyNA 2011: Otros
1,0
Im (εeff)
0,8
CdSe/ZnS/polyethylene
Rc = 5 nm, Rs = 7 nm
f = 0.01
50 K
100 K
150 K
200 K
250 K
300 K
0,6
0,4
0,2
0,0
310
320
620
640
660
Wavelength (nm)
Figure 1. Imaginary part of eff as a function of wavelength for CdSe/ZnS/polyethylene nanocrystals with core radius
of 5 nm and shell thickness of 2 nm and a factor volume f = 0.01.
D2
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PHONON CONTRIBUTION TO THE INFRARED SPECTRUM OF II-VI SEMICONDUCTOR CORESHELL NANOCRYSTALS
P. Rodríguez1, C. Kanyinda-Malu2 and R.M. de la Cruz1
1Departamento
2Departamento
de Física, Universidad Carlos III de Madrid, Spain
de Economía Financiera y Contabilidad II, Universidad Rey Juan Carlos, Spain
Abstract:
Optical properties of typical II-VI semiconductor core-shell nanocrystals are investigated in the infrared (IF) spectrum
of light. Indeed, absorption, scattering and extinction coefficients are calculated in these nanocrystals by using the
scattering Mie theory in dipolar approximation1.
As the energies of longitudinal optical (LO) and transversal optical (TO) phonon are of the order of several tenth of
meV, it seems appropriate to considerer them when the IF spectrum is wanted to be investigated.
Therefore, the goal of this work is to use an explicit expression of frequency-dielectric function for both the core and
shell, including the phonon and charge carrier contributions. For the former, we use the expression in reference2,
while for the latter, we apply quantum dot dielectric functions reported by Webb et al.3 and Fu et al.4, where
confinement of charge carriers is taken into account.
Figure 1 shows the absorption coefficient as a function of wavenumber for CdS/ZnS/polyethylene nanocrystals. We
obtain three resonant peaks around 254 cm-1, 287 cm-1 and 346 cm-1. The peak around 254 cm-1 is usually ascribed
to the stretching of Cd-S vibration5. Milekhin et al.6 have demonstrated that the stretching of Cd-S vibration confirms
the CdS quantum dots formation in the Landmuir-Blodget matrix. The second peak of 287 cm-1 could be ascribed to
CdS LO phonons and the peak around 346 cm-1 can be related to ZnS LO phonons. Although it is not shown here,
other results demonstrated that no resonant-peaks are observed in the absorption coefficient when we neglect the
phonons contribution in our calculations.
Therefore, in the light of the results, it is of great importance to include the phonon contribution when the IF spectra
have to be investigated.
40000
-1
Absorption coefficient (cm )
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
100
200
300
400
500
-1
ω (cm )
R.D. Averitt, S.L. Westcott and N.J. Halas, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1824 (1999).
] F. Demangeot, J. Frandom, A.M. Renuci, C. Meny, O. Briot and R.L. Aulombard, J. Appl. Phys. 82, 1305 (1997).
3 K. J. Webb and A. Ludwig, Phys. Rev. B 78, 153303 (2008).
4 Y. Fu, L. Thylén and H. Agren, Nano Lett. 8, 1551 (2008).
5 R. Seoudi, M. Kamal, A.A. Shabaka, E.M. Abdelrazek and W. Eisa, Syntetic Metals 160, 479 (2010).
6 A.G. Milekin, R.K. Roy and A.K. Pal, J. Phys. D: Appl. Phys. 35, 2198 (2002).
1
2
V Workshop NyNA 2011: Otros
D2
Figure 1. Absorption coefficient of CdS/ZnS/polyethylene nanocrystals as a function of wavenumber in the IF region
and taking into account the phonons contribution.
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D3
ESPECIACION QUMICA Y FUNCIONAL EN EL ESTUDIO DE TOXICIDAD DE
NANOPARTICULAS DE PLATA EN MEDIOS DE CULTIVO PARA LINEAS CELULARES
HUMANAS
J.R. Castillo, J. Jiménez-Lamana, E. Bolea, F. Laborda
Grupo de Espectroscopía Analítica y Sensores (GEAS), Instituto Universitario de Investigación en Ciencias
Ambientales de Aragón (IUCA), Universidad de Zaragoza. C/ Pedro Cerbuna 12, 50009, Zaragoza
E-mail: [email protected]
Resumen:
Debido a sus propiedades biocidas, las nanopartículas de plata se encuentran presentes en un gran número de
productos comerciales, desde detergentes y productos de limpieza hasta recubrimientos de materiales de cocina
o filtros de agua. Este uso extensivo, unido a la falta de conocimiento sobre su destino y efecto tóxico, ha llevado
a una creciente preocupación en la comunidad científica sobre el impacto medioambiental de las nanopartículas
de plata, así como a la necesidad de desarrollar nueva metodología analítica.
Una de las mayores dificultades para el conocimiento de los efectos medioambientales de las nanopartículas de
plata es la coexistencia de las formas nanoparticuladas y la forma disuelta de la plata, las cuales muestran
diferentes comportamientos y que pueden tener toxicidades independientes o sinérgicas.
De esta manera, uno de los aspectos más relevantes es el estudio de la nanotoxicidad de las nanopartículas de
plata en medios de cultivo de líneas celulares, donde las nanopartículas pueden sufrir procesos de agregación y/o
liberar iones de plata.
En el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos para un estudio de nanotoxicidad de nanopartículas de
plata en dos medios de cultivos (DMEM y RPMI) para líneas celulares humanas. Se presta especial atención a los
posibles efectos de agregación, así como a la diferenciación entre las distintas formas físico-químicas de la plata,
sea en forma de nanopartículas de plata, plata libre o asociada a distintos compuestos orgánicos. Igualmente se han
caracterizado las nanopartículas de plata en función de su tamaño.
Los resultados se han obtenido haciendo uso de Fraccionamiento en Flujo con Campo de Flujo Asimétrico
(AsFlFFF) como técnica de separación por tamaños y absorción UV-Vis e ICP-MS como técnicas de detección.
Agradecimientos:Este trabajo ha sido subvencionado con cargo al proyecto CTPP06/10 del Gobierno de Aragón
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D4
FAST AND RELIABLE URINE ANALYSIS USING PORTABLE PLATFORMS BASED ON LAB-ONA-CHIP TECHNOLOGIES
Mario Castaño-Álvarez, Ana Fernández-la-Villa, Diego F. Pozo-Ayuso
MicruX Technologies, Severo Ochoa Bldg. Julián Clavería s/n, Floor -1 Room 4&6, 33006 Oviedo (Asturias) Spain
E-mail: [email protected], web: www.micruxfluidic.com
Abstract:
Lab-on-a-Chip (LOC) technologies has become a powerful analytical tool offering high speed, great versatility, high
throughput, low cost, performance of parallel assays and negligible consumption of reagents/sample and waste
generation1.
Microchips capillary electrophoresis (MCE) can be considered the first stage to get a “true” Lab-on-a-Chip (LOC) in which
would be integrated all the steps of an analytical process. Thus, these devices in combination with electrochemical
detection have been used in the determination of uric acid and related compounds in urine samples.
Uric acid (UA) and its salts are end products of the purine metabolism. With progressive renal insufficiency, retention of
urea, creatinine and uric acid takes place in blood. Elevate uric acid level may be indicative of renal insufficiency and is
commonly associated with gout2.
Conventional methods for the measurement of uric acid are based on enzymatic reactions and colorimetric techniques.
However, this methodology is temperature-dependent, expensive and requires labile reagents. An additional obstacle in
monitoring UA levels is the interference from other compounds such as epinephrine, DOPA, ascorbic acid,
acetaminophen, xanthine, theophylline or caffeine coming from endogenous or exogenous sources.
A novel instrumentation (Figure 1) which combines in a compact and portable unit a high voltage power supply and a
potentiostat has been specially developed for using microchip capillary electrophoresis with electrochemical detection3.
The analysis system is completed with a reusable chip platform as easy-handle interface between the micro/nano- and
macro-world (Figure 1). The system is controlled from a desktop or laptop PC by means of a user-friendly graphical
interface designed for microchip electrophoresis.
P.S. Dittrich, K. Tachikawa, A. Manz, Micro Total Analysis Systems. Latest advancements and trends, Anal. Chem. 2006, 78, 3887 – 3908.
A. Fernández-la-Villa, D. Pozo-Ayuso, M. Castaño-Álvarez, New analytical portable instrument for microchip electrophoresis with electrochemical
detection, Electrophoresis 2010, 31, 2641 – 2649.
3 A. Schultz. Uric acid. A. Kaplan et al. Clin. Chem. The C.V. Mosby Co. St Louis. Toronto. Princeton 1984; 1261-1266 and 418.
1
2
D4
V Workshop NyNA 2011: Otros
Figure 1: Portable analysis system for using microchips electrophoresis with amperometric detection
This portable analysis system allows the separation, detection and quantification of uric acid and related compounds.
Thus, a new analytical methodology have been developed for the separation of uric acid, acetaminophen, epinephrine, paminophenol and ascorbic acid in less than 60s (Figure 2A) using the portable system.
12
(A)
APAP
1 nA
AA
EP
UA
8
Current
Current (nA)
UA
(B)
pAP
10
6
(d)
(c)
(b)
(a)
4
2
0
0
10
20
30
40
time (s)
50
60
70
80
0
10
20
30
40
time (s)
50
60
70
80
Figure 2: (A) Electropherogram for a mixture of epinephrine, p-aminophenol, acetaminophen, uric acid and ascorbic acid.
(B) Electropherograms for a urine sample with successive additions of uric acid: (a) 0, (b) 100, (c) 200 and (d) 300 µM.
This methodology and the portable system have been successfully tested for the determination of uric acid in the urine
sample of healthy volunteers and gout-antecedent volunteers. The uric acid is directly detected without previous
enzymatic based-reactions or other complex pretreatment. The urine sample is simply diluted in the buffer solution and
injected directly in the microchips where the uric acid is separated and detected at platinum electrode of a SU8/pyrex
microchip (Figure 2B).
The portable analysis system and the developed methodology can be also used in the determination of other biological
samples (serum, plasma), pharmaceuticals etc. Currently, the new analytical system is being evaluated for using in
clinical trials and it is provided as teaching kit for Universities and Research Centers.
Acknowledgements: This work has been supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN - PTQ-09-01-00263, PTQ-09-0100264 and PTQ-10-02730) and Centre for the Development of Industrial Technology (CDTI – NEOTEC IDI-20091097).
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D5
NOVEL MINIATURIZED HIGH VOLTAGE POWER SUPPLY USEFUL FOR MULTIPLE
ANALYTICAL APPLICATIONS
Diego F. Pozo-Ayuso, Ana Fernández-la-Villa and Mario Castaño-Álvarez
MicruX Technologies, Severo Ochoa Bldg. Julián Clavería s/n, Floor -1 Room 4&6, 33006 Oviedo (Asturias) Spain
E-mail: [email protected], web: www.micruxfluidic.com
Abstract:
Miniaturization of analytical systems is of paramount importance in order to get new technologies which provide features
such as high speed, great versatility, high throughput, low cost, performance of parallel assays and low consumption of
reagents/sample and waste generation. In this way, the different parts of an analytical system have to be adequately
adapted and miniaturized.
Microfluidic systems such as microchips capillary electrophoresis (MCE) provide a first stage in the way of the complete
miniaturization process. However, microfluidic devices performance requires an additional instrumentation to work with,
mainly, a high voltage power supply (HVPS) for driving the fluids through microchannels, an acquisition data system for
recording the analytical signals and an easy-handle interface. Nowadays, in most of the cases, this instrumentation is not
in harmony with the features of microdevices, specially, relative to miniaturization and portability.
Moreover, the new generation of analytical instrumentation has to be compatible with the resources that are currently in
most of the research laboratories. Thus, it is possible to use these resources with new miniaturized instruments reducing
cost.
In this work, a novel low-cost instrument (Figure 1) has been specially developed for using in different applications and it
is completely compatible with other analytical systems. The new instrument consists of a manual-control miniaturized
high-voltage power supply (μHV) with a maximum output voltage of 2000V and reversible polarity.
Figure 1: Portable High Voltage Power Supply for driving fluids through microfluidic devices
The miniaturized HVPS has dimensions of 140 x 100 x 40 mm (L x W x H) and weighs less than 1 Kg. The instrument is
fed by a lithium-ion battery of 4800 mAh that is enough for a complete day working with the system. It also works
connected to the electrical net. The use of a battery-powered system allows the performance of true in-situ analysis,
whenever and wherever it is needed.
V Workshop NyNA 2011: Otros
D5
The performance of the HVPS has been checked using microchips capillary electrophoresis with electrochemical
detection (Figure 2A). Additionally, a microfluidic platform has been used in order to make easier the work with microchips
(Figure 2B).
Figure 2: Platforms used in the evaluation of miniHVPS. (A) Microchip capillary electrophoresis. (B) Microfluidic interface.
The microfluidic platform acts as an easy-handle interface between the micro- and macro-world. It has been designed to
use different kinds of single- and dual-channel microchips capillary electrophoresis with integrated electrodes. Besides,
the holder incorporates standard fluidic ports in order to couple different fluidic parts (micropumps, valves…) as well as
the electric connections for the HVPS and potentiostat (for amperometric measurements). The electrical connections
consist of standard 2mm female-bananas, thus, most of the current analytical-equipment can be plugged in the holder.
In conclusion, the authors present a complete and low-cost analytical system to start working with different microfluidic
devices maintaining important features such as miniaturization and portability. Moreover, it can be coupled with other
commercial systems as potentiostats, microchips capillary electrophoresis etc… present in many research laboratories.
Acknowledgements:This work has been supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN - PTQ-09-01-00263, PTQ-09-01-00264
and PTQ-10-02730) and Centre for the Development of Industrial Technology (CDTI – NEOTEC IDI-20091097).
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D6
ESTRATEGIAS EN LA PREPARACIÓN DE ELECTRODO DE NANOTUBOS DE CARBONO.
Álvaro Colina1, David Ibáñez1, Edna C. Romero1, Jesús Garoz1, Susana Palmero1, Aránzazu Heras1, Virginia
Ruiz2,3, Jesús López- Palacios1
1.- Departamento de Química, Universidad de Burgos, Pza. Misael Bañuelos s/n, E-09001 Burgos, Spain. e-mail:
[email protected]; Fax: +34 947 258831; Tel: +34 947 258817
2.- Departamento de Nuevos Materiales. CIDETEC-IK4 - Centro de Tecnologías Electroquímicas. Parque
Tecnológico de San Sebastián. Paseo Miramón, 196 E-20009 Donostia - San Sebastián, Spain.
3.- Department of Applied Physics and Centre for New Materials, Aalto University, P.O. Box 15100, FI-00076 Aalto,
Espoo, Finland
Resumen:
Los nanotubos de carbono (CNT) son uno de los nuevos materiales con mayores posibilidades en los próximos
años. El avance en la síntesis de estos materiales ha sido extraordinario y actualmente es bastante sencillo
encontrar nanotubos de carbono mono o multicapa con buenas características físico-químicas (nivel de pureza,
longitud, tamaño, reproducibilidad etc).
La inmovilización de los CNT como películas delgadas se ha llevado a cabo en diversas aplicaciones en áreas tales
como la Biología y la Biomedicina, en catálisis, sensores químicos, transistores, capas conductoras transparentes,
etc1. Uno de los principales factores que condiciona el tipo de películas de CNT es el modo en el que se obtienen
éstas.
Aunque ha habido un gran desarrollo en la modificación de electrodos con nanotubos de carbono y en la formación
de películas conductoras de nanotubos, son pocos los estudios sistemáticos en el desarrollo de estos nuevos
materiales como superficies electródicas. Así, es fundamental el uso de metodologías adecuadas de formación y
transferencia de las películas a diversos sustratos dependiendo de su aplicación o estudio final.
En el presente trabajo, se han aplicado metodologías de formación y caracterización de películas de nanotubos
utilizando:
•
•
Técnicas de empaquetamiento basadas en la balanza de Langmuir, y posterior transferencia, por la técnica de
Langmuir-Schaefer (LS), al sustrato deseado con el fin de modificar electrodos que posteriormente puedan ser
utilizados como sensores. La gran ventaja de esta técnica es que normalmente la cantidad necesaria de
nanotubos de carbono es muy pequeña.
Técnicas de formación de películas basadas en procesos de filtración, optimizando la relación
conductividad/transparencia cuando el fin último de las mismas sea su uso como electrodos ópticamente
transparentes sin ningún otro soporte conductor. Este tipo de electrodos son extremadamente útiles, por
ejemplo, en técnicas espectroelectroquímicas.
Los electrodos de nanotubos o modificados por nanotubos se han estudiado con técnicas electroquímicas2 y
espectroelectroquímicas3 que proporcionan sustancial información sobre sus características y rendimiento.
La figura 1 muestra una película de nanotubos de carbono transferida a un soporte transparente, así como las
diferentes etapas en la construcción de un electrodo ópticamente transparente para su uso en
espectroelectroquímica.
Agradecimientos: Agradecemos la financiación de la Junta de Castilla y León (GR71, BU006A09, BU012A09) y Ministerio de Ciencia e
Innovación (CTQ2010-17127). D.I. agradece su contrato de investigación a la Junta de Castilla y León. J.G. agradece la ayuda destinada a
Jóvenes Excelentes de la Obra Social de Caja de Burgos, Banca Cívica.
Baughman, R.H., Zakhidov, A.A., De Heer, W.A. 2002 Science 297, 787-792
Dumitrescu I., Unwin P.R., MacPherson J.V., 2009 Chemical Communications 45, 6886-6901.
3 Kavan, L., Dunsch, L. 2011 ChemPhysChem 12, 47-55
1
2
V Workshop NyNA 2011: Otros
D6
Figura 1. Etapas de la fabricación de un electrodo transparente de nanotubos de carbono
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D7
ASSESSMENT OF TOXICOLOGICAL EFFECTS OF NANOMATERIALS IN AQUATIC
ENVIRONMENTS
Josep À. Sanchís1, Marinella Farré1, Damià Barceló1,2,3
Department of Environmental Chemistry, IDAEA-CSIC, Barcelona, Catalonia, Spain
Institute for Water Research (ICRA), Girona, Catalonia, Spain
3 King Saud University, P.O. Box 2455, 11451, Riyadh, Saudi Arabia
1
2 Catalan
Abstract:
The increasing use of nanomaterials during the last few years calls for the study of their occurrence, fate, behavior
and ecotoxicity. Due to the difficulty of their analyses, very few works have reported their environmental presence12
till now. However, their introduction in the environment is unavoidable. The subsequent harmful ecological effect that
may be followed by their release and disposal has awakened several concerns. Although many recent studies have
been developed in order to characterize the ecotoxicity of different nanomaterials to several organisms, few of them
have aimed to further understand the interactions that may arise, in the aquatic environment, between nanomaterials
and organic pollutants (such as biocides, surfactants and pharmaceuticals compounds).
The present work aims to assess the acute toxicity of different carbon-based nanomaterials (fullerite, multi-wall
carbon nanotubes, PAMAM-dendrimers and graphene nanoflakes) and metal nanoparticles (nanogold and
nanosilver), as well as possible synergic or antagonistic effects with other organic pollutants such as surfactants and
biocides. The ecotoxicological effects have been assessed vs. species pertaining to different aquatic trophic levels.
1 M.Farré et al. “First determination of C60 and C70 fullerenes and N-methylfulleropyrrolidine C60 on the suspended material of wastewater
effluents by liquid chromatography hybrid quadrupole linear ion trap tandem mass spectrometry” Journal of Hydrology, 2010, 383(1-2), pp.44-51.
J.À.Sanchís et al. “Occurrence of Aerosol-Bound Fullerenes in the Mediterranean Sea Atmosphere”, Environmental Science and Technology
(under submission)
2 J.À.Sanchís et al. “Occurrence of Aerosol-Bound Fullerenes in the Mediterranean Sea Atmosphere”, Environmental Science and Technology
(under submission)