Dispositivos electroanalíticos miniaturizados: estrategías para la mejora de la separación y la detección

Abstract

Actualmente, la miniaturización es una de las principales tendencias en todos los campos científicos y particularmente en la Química Analítica. En este contexto, las técnicas de separación y especialmente la electroforesis, han sido pioneras en el desarrollo de dispositivos analíticos miniaturizados (Microchips de Electroforesis, MEs). Estos se incluyen dentro de los dispositivos denominados ¿lab-on-a-chip¿ (LOC), capaces de integrar todas las etapas de análisis en un dispositivo portátil. En lo que se refiere a su aplicación clínica, también pueden considerarse dispositivos ¿point-of-care¿ (POC), desarrollados con el objetivo de realizar análisis descentralizados en el punto de diagnóstico o tratamiento. Con el fin de obtener dispositivos con altas prestaciones analíticas, el trabajo realizado en la presente memoria puede ser estructurado en tres partes: la modificación de los microcanales (para mejorar la selectividad), la obtención de un sistema de detección electroquímico miniaturizado y competitivo (para mejorar la sensibilidad), y la introducción de nuevos materiales (con el fin de obtener ¿zero-cost¿ análisis). Los microchips de electroforesis son dispositivos analíticos miniaturizados que pretenden ser una potente herramienta de análisis. La separación de los analitos va a depender de dos factores: (i) los fenómenos electrocinéticos, que vienen determinados en gran medida por la acumulación de cargas en la pared del microcanal y (ii) de la interacción de los analitos con el material inmovilizado. Por ello es de gran importancia la modificación superficial de los microcanales, especialmente cuando se trata de analitos con una relación masa/carga parecida. Las estrategias propuestas en esta memoria para la consecución de este objetivo pueden ser clasificadas en dos grandes grupos: modificaciones estáticas y modificaciones dinámicas, dependiendo de si son irreversibles o si se producen por adición del modificador a la disolución reguladora (fase pseudoestacionaria). A lo largo de los estudios aquí realizados se han evaluado polímeros comerciales [poli(ácido acrílico)], polímeros de síntesis propia derivados del poli(glicidil metacrilato) y modificadores orgánicos de reciente introducción (líquidos iónicos). Todos ellos han demostrado ser necesarios para conseguir la separación de especies estructuralmente muy parecidas, como son las catecolaminas (moléculas además de gran interés desde el punto de vista clínico dada su relación con enfermedades como por ejemplo el Alzheimer). Debido a los pequeños volúmenes de muestra empleados, estos dispositivos miniaturizados requieren un sistema de detección muy sensible. En los estudios recogidos en esta Tesis los nanotubos de carbono crecidos directamente sobre la superficie han demostrado ser un material electródico apropiado para la detección de las catecolaminas. Dado que la medida que se realiza es una medida electroquímica interfacial, el estado de la superficie es muy importante. Por ello, se evaluó la influencia de distintos parámetros como el empleo de catalizadores y capas intermedias, pretratamientos, o la densidad e influencia de la orientación de los nanotubos en la señal electroquímica. Por otro lado, la detección electroquímica ofrece muchas posibilidades, entre ellas el empleo de electrodos miniaturizados y de series de electrodos o ¿arrays¿ para obtener la señal analítica. Esta estrategia, permite además la obtención de mejores sensibilidades. Así, se describen los primeros pasos y pruebas hacia la consecución de este objetivo mediante el diseño de máscaras por métodos fotolitográficos. La parte final de esta Tesis está basada en la integración de la detección electroquímica en dispositivos analíticos miniaturizados realizados en materiales de bajo coste, los denominados ¿paper-based analytical devices¿. Así, se han evaluado tanto papel de filtro como transparencias, demostrando su potencial en la detección de metales pesados como el plomo o el cadmio.