NANOPILARES DE MATRIZ POLIMÉRICA SOBRE … · La biodetección óptica sin marcaje ofrece...

V Workshop NyNA 2011 Comunicaciones Orales- Flash

Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO--21

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 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


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO--21 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.

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.

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


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-22

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 2CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Jordi Girona, 18-26, 08034-Barcelona, Spain


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 DNA-directed 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.

1Fujiwara, K. et al. Anal. Bioanal. Chem., 386 (2006) 639 2Kreuzer, M. et al. Anal. Bioanal. Chem., 391 (2008) 1813 3Willets, et al. Annu. Rev. Phys. Chem., 58 (2007) 267 4Boozer, C. et al. Anal. Chem., 78 (2006) 1515 5Tort, N. et al. Trends Anal. Chem., 28 (2009) 718 6Peschel, S. et al. Mat. Sci. Eng. C, 19 (2002) 47 7Reichert, J. et al. Anal. Chem., 72 (2000) 6025 8Hill, H. et al. Nature Protocols, 1 (2006) 324


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-22 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

Figure 1: Scheme of this nanostructured surface and the format assay used to evaluate this platform as a LSPR transducer



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. 2CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN). Jordi Girona, 18-26, 08034-Barcelona, Spain


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.


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-23 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 (site-encoded microarray).

Figure 1: Gold nanorods addition over functionalized surface produces a change in the intensity of the plasmon peak.


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-24 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 2Facultad de Ciencias. Pedro Cerbuna, 12. 50009 Zaragoza 3Instituto Universitario de Nanociencia de Aragón. Mariano Esquillor edif. I+D. 50018 Zaragoza


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 (Fl-GOx), y por otra, se ha unido a nanopartículas magnéticas, que actúan como soporte físico biocompatible (Fl-GOx-NP).

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

1 del Barrio, M; de Marcos, S; Cebolla, V; Galbán, J. Luminescence 25 (2010) 260 2 Hermanson, GT. Bioconjugate Techniques. Capítulo 2. Academic Press. 2ª Ed, 2008


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-24 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.

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.

Figura 1: Variación en la intensidad de fluorescencia de Fl-GOx-PA-NP para diferentes concentraciones de glucosa.


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-25 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 GA-MNPs/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%,


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-25 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/GA-MNPs/PDDA/MWCNTs/ GCE.

Figura 1. Esquema de la preparación y el funcionamiento del biosensor ChOx/HRP(GA-MNPs/PDDA/MWCNTs/GCE

Tabla 1. Características analíticas de los biosensores de colesterol

osensor Potencial, V

Int. lineal, mM

Pendiente, µA/mM LOD, µM RSD, % KMap, mM Tiempo

de vida

ChOx/AuNPs/PDDA/ MWCNTs/GCE

0.6 vs Ag/AgCl

0.02 – 1.2 2.23 4.4 (3sb/m)

2.8 (n=5) 0.89 7 días

ChOx/HRP/AuNPs/ PDDA/MWCNTs/GCE

-0.05 vs Ag/AgCl 0.01-1.05 18.6 2.2

(3sb/m) 5.1 (n=5) 2.18 8 días

ChOx/HRP/GA-MNPs/ PDDA/MWCNTs/GCE

-0.05 vs Ag/AgCl 0.01-0.95 25.4 0.85

(3sb/m) 5.8 (n=5) 1.57 14 días

GA, 3%

lavado

PDDA/MWCNTs

US

PDDA/MWCNTs/MNPs

PDDA/MWCNTs

MNBs GA/MNPs

Fe2+ 2Fe3+

OH OH OH

APTES

O O O

Si NH2

GCE

ChOx HRP

HR BQ H2Q

2e

Colesterol

5-colesten-3-ona

ChOx

O

2H+

H2O2 H2O



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


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)14.

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 fisiológicos15. 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.

14Medintz I.L., Mattoussi, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009) 17 15Medintz I.L. et al. ACS Nano, 4 (2010) 5487


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-26 En primer lugar se inmovilizó una combinación de dos colorantes16, 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.

16Morf, W.E., Seiler, K., Rusterholz, B., Simon, W. Anal Chem 62 (1990) 738



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



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 nanopartículas17. 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 QDs18.

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

17 Antonio R. Montoro Bustos, Jorge Ruiz Encinar, María T. Fernández-Argüelles, José M. Costa-Fernández y Alfredo Sanz-Medel; Chem. Commun., 2009, 3107-3109. 18 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.


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales CF/PO-29 CdSe/ZnS solubles en fase acuosa, que ha sido recientemente desarrollado en nuestro laboratorio19. 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.

19 Laura. Trapiella-Alfonso, José M. Costa-Fernández, Rosario Pereiro y Alfredo Sanz-Medel, Biosens. Bioelectron, 2011, doi:10.1016/j.bios.2011.05.044



ASSESSMENT OF TOXICOLOGICAL EFFECTS OF NANOMATERIALS IN AQUATIC ENVIRONMENTS

Josep À. Sanchís1, Marinella Farré1, Damià Barceló1,2,3

1 Department of Environmental Chemistry, IDAEA-CSIC, Barcelona, Catalonia, Spain 2 Catalan Institute for Water Research (ICRA), Girona, Catalonia, Spain 3 King Saud University, P.O. Box 2455, 11451, Riyadh, Saudi Arabia

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 presence2021 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.

20 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) 21 J.À.Sanchís et al. “Occurrence of Aerosol-Bound Fullerenes in the Mediterranean Sea Atmosphere”, Environmental Science and Technology (under submission)

V Workshop NyNA 2011 Comunicaciones- Pósters

Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales PO-67

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


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.

1 Chang, C.W., Tseng, W.L., Anal. Chem. 82 (2010) 2996 2 Hong CY, Chen YC, J. of Chromatography A 1159 (2007) 250 3 Sarkar TR, Irudayaraj J, Anal. Biochem. 379 (2008) 130

V Workshop NyNA 2011 Comunicaciones- Flash


ASSESSMENT OF TOXICOLOGICAL EFFECTS OF NANOMATERIALS IN AQUATIC ENVIRONMENTS

Josep À. Sanchís1, Marinella Farré1, Damià Barceló1,2,3

1 Department of Environmental Chemistry, IDAEA-CSIC, Barcelona, Catalonia, Spain 2 Catalan Institute for Water Research (ICRA), Girona, Catalonia, Spain 3 King Saud University, P.O. Box 2455, 11451, Riyadh, Saudi Arabia

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 presence2021 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.

20 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) 21 J.À.Sanchís et al. “Occurrence of Aerosol-Bound Fullerenes in the Mediterranean Sea Atmosphere”, Environmental Science and Technology (under submission)



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


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.

1 Chang, C.W., Tseng, W.L., Anal. Chem. 82 (2010) 2996 2 Hong CY, Chen YC, J. of Chromatography A 1159 (2007) 250 3 Sarkar TR, Irudayaraj J, Anal. Biochem. 379 (2008) 130



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.


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales PO-68 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


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, non-specific binding, limit of detection, reproducibility and stability. The results were


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales PO-68 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).


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales PO-69 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


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-to-electron 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.



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


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.



Figura 1: Esquema de la preparación y funcionamiento del biosensor SWNT/Fe3O4/APTES-PEG-XO.



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)


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.

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 ultra-small 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.



Figure 1: (a) TEM and SEM images of the Pt/CNF, (b) cyclic voltammetry and chronoamperometry for H2O2

b)

a)



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).



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


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).

1 Ortega-Castell, M.E.; Galbán, J.; de Marcos, S; Dominguez, A. Luminescence 25 (2010) 252 2 Hermanson G.T. Bioconjugate Techniques. Academic Press. 2ª Ed. 2008. Cap. 2


Sesión 4: Aplicaciones (bio)analíticas de nuevos nanomateriales PO-73 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 oxidasa1 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 del Barrio, M; de Marcos, S; Cebolla, V; Galbán, Luminescence 25 (2010) 260



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)


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-mercapto-1-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



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.


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 principles29 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.

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%).

29 Peyman, S.A., Kwan, E.Y., Margarson, O., Iles, A., Pamme, N., J. Chromatgr A 1216 (2009) 9055



Figure 1: Schematic diagram of the magnetic-IT-SPME-Capillary LC system. A) Adsorption: retention and B) Desorption: elution.



MODIFICATION OF FENTON’S REACTION FOR SOILS DECONTAMINATION BY THE ADDITION OF IRON NANOPARTICLES

Susana del Reino, Lorena Welte.

AITEMIN-Centro Tecnológico, Calle Río Cabriel s/n, Toledo (Spain)

*E-mail: [email protected], Web: www.aitemin.es

Abstract: There are different methods to produce the oxidation of organic pollutants1. It has been demonstrated that Fenton’s reaction2,3 is an effective way to produce the degradation of gasoline and diesel hydrocarbons. This fact can be used for the treatment of soils contaminated with this kind of organic pollutants.

Traditional Fenton’s reaction take place at very low pH values (~ 3). Because of this reason is necessary the use of inorganic acids, usually sulphuric acid, which is a problem for the microorganism survival. Another problem derivate from the use of sulphuric acid is the generation of sludge with high iron content and the life time of the reaction limit its actuation field.

We have studied different ways in order to improve the application of Fenton’s reaction for soils decontamination.

With the use of chelating agents we have demonstrated that is possible to produce hydrocarbons degradation at neutral pH conditions.

On the other hand we have studied the action of the presence of iron nanoparticles (Fe (0), Fe2O3 y Fe3O4) in the kinetic and effectiveness of Fenton’s reaction.

Additional studies with AFM (atomic force microscopy) of the treatment of contaminated surfaces with modified Fenton reagents were performed.

1 Domenech, X., Jardim, W. J., Litter I. M., Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes, Rede CYDET, La Plata, 2001. 2 Leethem, J. T., et al, “In situ chemical oxidation of MTBE and BTEX in soil and groundwater: a case study”, Soil, sediment and water, Spring 2001. 3 Stafford, T. L., Clayton, W., “In situ chemical oxidation of cominated soil and groundwater, www. itrceb.com.


PO-77

NANODYF. RED “JOSÉ ROBERTO LEITE” DE DIVULGACIÓN Y FORMACIÓN EN NANOTECNOLOGÍA

PROGRAMA IBEROAMERICANO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA

PARA EL DESARROLLO, CYTED

Dr. Joaquín Tutor Sánchez1,2 y Dr. María Ana Sáenz Nuño2 1. Coordinador de Red NANODYF. Área 6 “Ciencia y Sociedad”, Programa CYTED. 2. ETSI-ICAI Universidad Pontificia Comillas. c/ Alberto Aguilera 25, Madrid. España

Resumen:

La nanotecnología representa uno de los pilares científico-técnicos sobre los que las sociedades avanzadas van a construir su bienestar en el siglo XXI. Los países avanzados no sólo invierten en infraestructuras y formación de los especialistas que trabajarán en empresas y centros de investigación, sino que también están preparando a la sociedad para el impacto que representa este cambio, y para que desarrolle un espíritu crítico ante la oleada de bienes y servicios que se avecinan. El fomento de estos procesos de asimilación de contenidos de la nanotecnología involucra actuaciones en el ámbito de la divulgación y de la formación reglada en escuelas y universidades, y recibe el nombre de "nanoeducación". La "nanoeducación "debe tener en cuenta un gran espectro de edades, de intereses profesionales, y de diversidad de medios de comunicación para lograr sus objetivos. EE.UU., Japón, Taiwán, y algunos países de la UE han dado pasos concretos para incentivar la divulgación y formación en Nanotecnología. Sin embargo los países de Iberoamérica no cuentan con planes específicos, lo que redundará en un retraso colectivo de sus habitantes con respecto a los de otras regiones del mundo. Iberoamérica no puede quedar al margen de este proceso de divulgación y formación en Nanotecnología porque la economía del futuro se va a articular en torno a los avances de la nanotecnología, y porque ya existe una indiscutible presencia en investigación y desarrollo del ámbito iberoamericano en Nanotecnología. Esa es la razón de ser y la misión de la Red NANODYF.

NANOPILARES DE MATRIZ POLIMÉRICA SOBRE … · La biodetección óptica sin marcaje ofrece...

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