Biosensores basados en Nanotubos de Carbono con aplicaciones en Biotecnología Clínica

Transductor: continuo Feedback con CNM en la optimización variablespara la obtención de nanotubos de carbonos en las distintasconfiguraciones geométricas requeridas en este subproyecto

-Sensor amperométrico

Sensores con alta sensibilidad y selectividad

-NanoFET

Sensor: Protocolos de funcionalización e inmovilización de las biomoléculas receptoras y desarrollo de estrategias en la detección

-Sensor amperométrico

Multi-walled nanotubesSingle-walled nanotubes

Sustratos de baja resistencia eléctrica de contactoUso de templates

Nanotubos dispersos en forma de spaghetti Nanotubos verticalmente orientados o distribuidos en un composite

Efecto de la longitud, orden y conductividad

Inmovilización del ADN

Nanotubos

ADN

Transducción directa mediante

la señal de guanina (G)

Gred Gox

e-

Hibridización del ADN

Detección directa del evento de reconocimiento

ox HRP red

red M ox

H2O H2O2

ne

Inmovilización del ADN

Nanotubos

ADN

Hibridización

biotina

Marcador enzimático en base a HRP

Actividad enzimática con Mediador

Estreptavidina

HRP

Detección del evento de reconocimiento con marcadores electroactivos

El NanoFETen medio acuoso

- Detección específica de iones con interés fisiológico

- Detección de eventos de reconocimiento en ADN

Chemical electrochemical gating

Reference electrode

- Detección de iones con interés fisiológico

Respuesta a diferentes iones H+, K+, Na+, Ca2+

Modificación del NT con ionóforos específicos a tales iones(trilaurilamina, valinomicina, etc.)

-Detección de eventos de reconocimiento en ADNModificación del NT con ss-ADN mediante fisisorción

Caracterización de la respuesta eléctrica del NanoFET (mediante perfiles corriente potencial o corriente vs.tiempo o potenciométricamente)

Caracterización Morfológica de la funcionalización del Nanotubo por AFM, TEM

Caracterización Química de la funcionalización mediante XPS

Composites de nanotubos de carbono

Comparación con composites de grafito

Comparación con electrodos HOPG

Efecto de los pretratamientos

Caracterización de los nanotubos de carbono como trasnductores amperométricos:

Nanotubos de carbonoMulti-walld=100 nmL= 5-9

Nanotubos de carbonoMulti-walld=30 nm

L= 0.5-200

Nanotubos de carbonoSingle wall

d=0.8-1.2 nmL= 1

Composite 20% CNT + 80% resina

Purificación con tratamiento ácidos(produce grupos ricos en oxígeno y puede cortar los nanotubos)

Sin purificar Purificación en HNO3 3M Purificación en HNO3 14M

PotentiostatWave generator

WE

RE

CE

Espectroscopía de impedancia

Rtc

Ep

Voltametría cíclica

-0.4 0.0 0.4 0.8

-0.0010

-0.0005

0.0000

0.0005

0.0010

Cor

rie

nte

/ A

Potencial / V

GrafitoMW d=100nmMW d=30 nm

Con la presencia de CNT se aumenta la sensibilidad de la respuesta redox

Oxidacion electroquímica en H2SO4

Composite CNT d=30 nm (17%)sin tratamiento con ácidos

Formación de grupos ricos en oxígenofacilitan la reacción de transferencia de carga

SWCNT sin CNT30 dil CNT100 dil Graphite HOPG basal HOPG edge

Ep

(mV

)

0

200

400

600

800

Separación de picos redox

No se puede discernir una tendencia clara a excepción del HOPG edge

HOPG edge SWCNT CNT30 CNT100 Graphite

Rct

(Ohm

s)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250-20

0

20

40

60

80

100

120

140

Zim

ag

Zreal

GrafitoMW d=100nmMW d=30 nmSW d=1 nm

composites

Análisis de la Resistencia de Transferencia de carga

CNT30 CNT100 SWCNT

RC

T (

Ohm

s)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

ConcentradoDiluido

Sin purificarPurificado

Efecto de la concentración y la purificación

Conclusiones- CNT aumentan la sensibilidad de la respuesta rédox

- La eficiencia de los procesos de transferencia de carga dependena) ko separación de picos rédox

Edge mucho mejor que basal. En los CNTNo se observan tendencias claras, mucha dispersión

b) Resistencia de transferencia de carga ImpedanciaTendencia correlacionándose con el área efectiva (percolación) y

disposición delmaterial transductor (nanotubos de diametros menores dan

menor resistencia)

Tratamientos de purificación con ácidos diluidos u oxidación electroquímica(generación de grupos ricos en O) aumentan la eficiencia de la transferencia de cargaTratamientos con ácidos muy concentrados puede ser contraproducente en nanotubos

de diámetro pequeño

Implicaciones: lograr obtener configuraciones de nanotubos de diametro pequeño con mayor densidad de edges

Funcionalización de CNT

• Fijación no covalente de pirenos

• Fijación de proteína

O

O

N

O

O

H2N

HS

Au ++

Fijación no covalente de pirenos:

O

NH

S

Au

O

NH

S

Au

O

NH

S

Au

Caracterización TEM

Pireno funcionalizado+ cisteamine + nanopartículas de oro (40 nm)

CNT d=30 nm

CNT d=100 nm

O

O

N

O

O

+NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

Fijación de proteina:

O

NH

O

NH

NH2NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

O

NH

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

Caracterización XPSCaracterización AFM

O

NH

O

NH

O

NH

Caracterización TEM

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

Au

CNT d=30 nm

Pireno+ Streptavidina con nanopartículas de oro (10 nm)

Evaluación de los procesos de adsorción no específica(uso de bloqueantes)

Análisis de formación de enlaces por XPSTransferencia de los conocimientos a obleas de silicio con

Nanotubos crecidos por CVD

Perspectivas