Estudio de nitroaromático activado como modificador redox superficial y su aplicación como biosensor de etanol

Abstract

La tecnología y avances científicos en diversos ámbitos nos ha ayudado a comprender de mejor manera el funcionamiento del universo y explicar fenómenos de diferentes indoles. Esto ha sido gracias, en gran parte, a que se ha podido determinar que partículas, átomos o moléculas están involucradas en cada reacción. Una de las tantas moléculas que se han podido identificar es el etanol. El etanol es un alcohol primario usado ampliamente a nivel mundial como biocombustible, siendo este su principal uso dado que estudios han demostrado que el uso de esta molécula contribuye positivamente a disminuir las emisiones de CO2. No podemos dejar de lado su gran aplicación en el ámbito de síntesis de productos químicos como resinas sintéticas, así como también sus usos en la industria farmacéutica y alimentaria. Es por ello, y por todos sus usos y aplicaciones no mencionadas, que se hace necesario detectar y cuantificar esta molécula en sus diversos ámbitos de aplicación. Dentro de la gama de técnicas analíticas para la detección y cuantificación de dicha molécula, la electroquímica y en específico el uso de biosensores, se ha presentado como una herramienta poderosa a la hora de determinar etanol en variados tipos de muestras. Su detección ha tomado dos caminos a través de los biosensores. La primera vía, la oxidación de etanol en presencia de oxígeno, dando como productos acetaldehído y peróxido de hidrógeno, siendo este último el analito para cuantificar por el biosensor. Mientras que la segunda vía, la oxidación de etanol, esta vez en presencia de NAD+, para obtener como productos NADH y acetaldehído. Esta vez es el NADH la molécula de interés a determinar por el biosensor y es la vía por la cual se desarrollo esta memoria. El NADH es un cofactor bastante estudiado debido a su importante rol a nivel biológico como molécula transportadora de electrones. Su oxidación directa en electrodos convencionales de carbono vitreo ha sido tema de investigación dado los altos sobrepotenciales que conlleva el proceso redox oxidativo, además de existir una contaminación en la superficie del electrodo por parte de los productos de la reacción. Es por esto que, en nuestro laboratorio Ciprex, nos hemos centrado en la búsqueda de nuevos materiales y moléculas que nos ayuden mejorar la respuesta de los electrodos usados en la determinación de NADH, siendo los nanotubos de carbono de multipared en conjunto con el uso de mediadores redox, una buena alternativo para dar solución a estos inconvenientes. Dado a lo anteriormente detallado, es que en este trabajo de tesis se estudió el uso de electrodos de carbono vitreo modificados con nanotubos de carbonos de multipared, siendo estos a su vez modificados con un posible mediador redox nitroaromático encapsulado en la red de nanotubos para la oxidación de NADH. Posteriormente, se evaluará la posibilidad de usar el electrodo para la construcción de una curva de calibración amperométrica, con el fin de determinar etanol producido enzimáticamente.

Technology and scientific advances in various fields have helped us better understand the functioning of the universe and explain phenomena of different kinds. This has been thanks, in large part, to being able to determine which particles, atoms or molecules are involved in each reaction. One of the many molecules that have been identified is ethanol. Ethanol is a primary alcohol widely used worldwide as a biofuel, this being its main use given that studies have shown that the use of this molecule positively contributes to reducing CO2 emissions. We cannot ignore its great application in the field of synthesis of chemical products such as synthetic resins, as well as its uses in the pharmaceutical and food industries. It is for this reason, and for all its uses and applications not mentioned, that it is necessary to detect and quantify this molecule in its various areas of application. Within the range of analytical techniques for the detection and quantification of said molecule, electrochemistry and specifically the use of biosensors, has been presented as a powerful tool when determining ethanol in various types of samples. Its detection has taken two paths through biosensors. The first route, the oxidation of ethanol in the presence of oxygen, giving acetaldehyde and hydrogen peroxide as products, the latter being the analyte to be quantified by the biosensor. While the second route, the oxidation of ethanol, this time in the presence of NAD+, to obtain NADH and acetaldehyde as products. This time NADH is the molecule of interest to be determined by the biosensor and it is the pathway by which this memory was developed. NADH is a well-studied cofactor due to its important biological role as an electron transport molecule. Its direct oxidation in conventional glassy carbon electrodes has been the subject of research given the high overpotentials that the oxidative redox process entails, in addition to the existence of contamination on the surface of the electrode by the reaction products. This is why, in our Ciprex laboratory, we have focused on the search for new materials and molecules that help us improve the response of the electrodes used in the determination of NADH, being multiwall carbon nanotubes in conjunction with the use of redox mediators, a good alternative to solve these problems. Given the above detail, in this thesis work the use of glassy carbon electrodes modified with multiwall carbon nanotubes was studied, these in turn being modified with a possible nitroaromatic redox mediator encapsulated in the nanotube network for the oxidation of NADH. Subsequently, the possibility of using the electrode for the construction of an amperometric calibration curve will be evaluated, in order to determine enzymatically produced ethanol.