desarrollo y caracterización de nuevos materiales · indispensable para poder ser utilizados en...

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) 6A1(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.

1J.M Costa, R. Pereiro, A. Sanz-Medel, Trends in Anal. Chem. 25 (2006) 207-218. 2B. Fernandez, J.M. Costa-Fernandez, R. Pereiro, A. Sanz-Medel, Anal. Bioanal. Chem 396 (2010) 15-29


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.

1 X. Michalet, et. al., Science, 2005, 307, 538. 2 . 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.


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.


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

1S. Gómez-de Pedro, M. Puyol, J. Alonso, Nanotechnology, 2010, 21, 415603 2J. M. de la Fuente, et.al., ChemBioChem, 2005, 6, 989 –991


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)-1-piperazinyl]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) RAFT-functionalized 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)

1 L. Ye, K. Haupt, Anal. Bioanal. Chem. 2004, 378, 1887. 2 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.


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 co-condensación), empleando como ligandos orgánicos derivados de la 2-mercaptopirimidina (MPY)3 y la 2-mercaptotiazolina (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.

1 Mercury update: Impact on Fish Advisories. EPA Fact Sheet EPA-823-F-01-011; EPA, Office of Water: Washington, DC, 2001. 2 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.


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 CTQ2008-05821/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)

a) b)


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 CTQ2008-05821/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).


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 Valencia-Universidad 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.

Figura 1: Esquema del funcionamiento del material diseñado, en presencia de las enzimas específicas, amidasas.

Amidasa

OOO

Si NH

O

OH

OH

OH

OH

OH

N

NH3C

H2N

CH3

NH2

Cl


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.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 800

50

100

150

200

250

300

Cou

nts

2Theta

27.63

32.15

45.62 54.21

56.38

66.84

73.5775.81


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.

500 1000 1500 2000 2500 30000

10000

20000

30000

40000

50000

Ram

an in

tens

ity

Raman Shift (cm-1)

Th-Cyst-As

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


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.

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.

hv


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 de Química, Universidad de Burgos; Plaza Misael Bañuelos, s/n, E-09001, Burgos (España) 2Department 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:

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.

1Cuenya, B.R.; Thin Solid Films 2010, 518, 3127‐3150. 2Sun, Y.; An, C.; Frontiers of Materials Science in China 2011, 5, 1-24 3López-Palacios, J.; Colina, A.; Heras, A.; Ruiz, V.; Fuente, L.; Analytical Chemistry 2001, 73, 2883-2889.


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)


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.

1Diallo Mamadou, et al. Nanotechnology Applications for Clean Water Norwich, NY: William Andrew, 2009 Books. ISBN 0815515782. 2Galian, R. E; de la Guardia, Trends Anal, Chem. 2009, 28, 279.


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.


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 2Departamento 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] 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.


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.


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.



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.



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 of Analytical Chemistry and Food Technology, University of Castilla- La Mancha. 2IRICA (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 2 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


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.

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Abs (U

.A.)

λ (nm)

A 1 A 2 A 3

B 1 B 3B 2

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.


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.


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.

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AuAgPtCu

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ce

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400 500 600 700 800 900Wav elength (nm)

Abso

rban

ce

(C)


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

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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.


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.

1 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


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.

Figura 1: Esquema de la coordinación axial reversible de CO.

L

P

RhRh

O O

PO O

L

XC6H4

XC6H4

R

C6H4X

C6H4X

R

X

X

L

P

RhRh

O O

PO O

CO

XC6H4

XC6H4

R

C6H4X

C6H4X

R

X

X

OC

P

RhRh

O O

PO O

CO

XC6H4

XC6H4

R

C6H4X

C6H4X

R

X

Xcompound · L2

compound · (CO)2

CO

CO

compound · (L, CO)


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.

i Si, S., Bhattacharjee, R. R., Benerjee, A., and Mandal, T. K. Chem. Eur. J. 12 (2006) 1256 ii 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.

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 cross-reactivity 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 0-50 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-β-phenylalanine 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)


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 2Higher Institute of Biotechnology at Sidi Thabet, Laboratory of General and Comparative Ecophysiology , 2020 Ariana. Tunisia 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)

1González-Romero, E. et al, from abstract of papers, 239th ACS National Meeting, San Francisco, CA, United States, March 21-25 (2010) 2Uchiyama, S et al, Anal. Chim. Acta, 276 (1993) 341


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

1Campbell, F.W., Compton, R.G. Anal. Bioanal. Chem. 396 (2010) 241 2Bernalte, E., Marín Sánchez, C., Pinilla Gil, E. Anal. Chim. Acta, 689 (2011) 60


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)


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

1Bendicho, C., Lavilla, I., Pena, F., Costas, M. Green Analytical Methods, Royal Society of Chemistry, 2011 2Shi, 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


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


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)


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.


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.

1Sánchez-Arribas, A y col. Electrophoresis, 30 (2009) 3480 2Nuñez, L y col. Talanta, 80 (2010) 1782


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.

1Angerer, O., Avdeev, S., Science, I. Science, 301 (2003) 909 2Catrysse, 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


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: non-modified (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

1Román, P., Chisvert, A., Canals, A. J. Chromatogr. A, 1218 (2011) 2467


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)

1Khaled, E., Mohamed, G., Awad, T. Sensors Actuat. B, 135 (2008) 74 2Bobacka, J., Ivaska, A., Lewenstam, A. Chem. Rev., 108 (2008) 329 3Bakker, E., Pretsch, E. Angew. Chem. Int. Ed., 46 (2007) 5660


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.

1Medintz I.L., Mattoussi, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009) 17 2Medintz I.L. et al. ACS Nano, 4 (2010) 5487 3Morf, W.E., Seiler, K., Rusterholz, B., Simon, W. Anal Chem 62 (1990) 738


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


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

MAGNETSPCEs

MBs-To MBs-To MBs-To

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)


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

1Shao, Y. et al. Electroanalysis, 22 (2010) 1027


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.

1Ruzicka, J., Hansen, E.H. Anal. Chim. Acta, 114 (1980) 19 2Bakker, E., Pretsch, E. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 46 (2007) 5660 3Trojanowicz, M. Anal. Chim. Acta, 653 (2009) 36 4Trojanowicz, M. Anal. Chim. Acta, 370 (1998) 267 5Crespo, G.A., Macho, S., Rius, F.X. Anal. Chem., 80 (2008) 1316


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.

1Price, C.P. Clin. Rev., 322 (2001) 1285 2Mitchell, T.M. Science, 326 (2009) 1644 3Martinez, A.W., Phillips, S.T., Butte, M.J., Whitesides, G.M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 46 (2007) 1318 4Yu, W.W.; White, I.M. Anal. Chem., 2010, xxx 5Delaney, J.L., Hogan, C.F., Tian, J., Shen, W. Anal. Chem., 83 (2011) 1300 6Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. Anal. Chem., 81 (2009) 7091 7Martinez, A.W., Phillips, S.T., Whitesides, G.M. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 105 (2008) 19606 8Hu, L., Wu, H., Cui, Y. Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 183502 9Moore, V.C., Strano, M.S., Haroz, E.H., Hauge, R.H., Smalley, R.E., Schmidt, J., Talmon, Y. Nano Lett., 3(2003) 1379 10Hu, L., Choi, J.W., Yang, Y., Jeong, S., La Mantia, F., Cui, L.-F., Cui, Y. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 106 (2009) 21490 11Dragoman, M., Flahaut, E., Dragoman, D., Al Ahmad, M., Plana, R. Nanotechnology, 20 (2009) 375203 12Wang, 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 13Yun, S., Kim, J. Sensor Actuat. B-Chem., 150 (2010) 308


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.

1Avila, A.G., Hinestroza, J. Nature Nanotechnol., 3 (2008) 458 2Mitchell, T.M. Science, 326 (2009) 1644 3Shim, B.S., Chen, W., Doty, C., Xu, C., Kotov, N.A. Nano Lett., 8 (2008) 4151 4Catrysse, M. Sensor. Actuat. A-Phys. 114 (2004) 302 5Hu, L., Pasta, M., Mantia, F.L., Cui, L., Jeong, S. Nano Lett. 1 (2010) 708 6Müller, C., Hamedi, M., Karlsson, R., Jansson, R., Marcilla, R., Hedhammar, M., Inganäs, O. Adv. Mater. 23 (2010) 898 7Sekitani, T., Noguchi, Y., Hata, K., Fukushima, T., Aida, T., Someya, T. Science, 321 (2008) 1468 8Lindfors, T., Szücs, J., Sundfors, F., Gyurcsányi, R.E. 82 (2010) 9425


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.

O

O

O Si NH

OH

OH

OH

HO

OH

O

B(OH)4‐

HO

B

HO

N N OH

Figura 1: Esquema del desplazamiento del colorante por la adsorción de boratos.


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


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)


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.


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.


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.


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.


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.


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-(3-dimethylaminopropyl)-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.


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, iv- con 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.


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

1Department 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] 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.


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 3Scientific 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] 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.


A DNAzyme BASED SENSOR FOR THE DETECTION OF ASCORBIC ACID Natalia Malashikhina, Valery Pavlov* CIC biomaGUNE, Parque Tecnologico de San Sebastia n, Paseo Miramon 182, 20009, San Sebastian, 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 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.

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 2 Hong CY, Chen YC, J. of Chromatography A 1159 (2007) 250 3 Sarkar TR, Irudayaraj J, Anal. Biochem. 379 (2008) 130


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 *E-mail: [email protected] 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 (site-encoded microarray).

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


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. 2Advanced Technology and Innovation Centre. Universitat Rovira i Virgili. Campus Sescelades, C/ Marcel·lí Domingo s/n. 43007-Tarragona *E-mail: [email protected] 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 short-term 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 2 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


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 2-mercaptoetanosulfónico 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.


Figura 1: Preparación de los electrodos nanoestructurados con redes de nanopartículas de oro para la detección de H2O2 (A) y catecol (B).


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.

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.

Cu2+

Ascorbic Acid

Cu2+


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, non-specific 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).


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-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 *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.


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) *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.

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 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.

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 *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 2 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


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 *E-mail: [email protected]

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 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 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


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.


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


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


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-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. *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


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 *E-mail: [email protected] 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.

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

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


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


“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. Madrid-Barcelona. 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 SWCNTs-AuNPS have been explored.

Acknowledgments: Financial support from the Spanish Ministry of Science and Innovation CTQ2008-06730-CO2-02/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


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%, 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

Biosensor 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

2e

Colesterol

ChOx

O

2H+

H2O2

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 de Física, Universidad Carlos III de Madrid, Spain 2Departamento 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.

1 M.A. Malik, P. O´Brien and N. Revaprasadu, Chem. Mater. 14, 2004 (2002). 2 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).


310 320 620 640 660

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Im

(εef

f)

Wavelength (nm)

50 K 100 K 150 K 200 K 250 K 300 K

CdSe/ZnS/polyethyleneRc = 5 nm, Rs = 7 nm f = 0.01

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.


PHONON CONTRIBUTION TO THE INFRARED SPECTRUM OF II-VI SEMICONDUCTOR CORE-SHELL NANOCRYSTALS

P. Rodríguez1, C. Kanyinda-Malu2 and R.M. de la Cruz1

1Departamento de Física, Universidad Carlos III de Madrid, Spain 2Departamento 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.

0 100 200 300 400 500

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

Abs

orpt

ion

coef

ficie

nt (c

m-1)

ω (cm-1)

1 R.D. Averitt, S.L. Westcott and N.J. Halas, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1824 (1999). 2 ] 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).


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.


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


FAST AND RELIABLE URINE ANALYSIS USING PORTABLE PLATFORMS BASED ON LAB-ON-A-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.

1 P.S. Dittrich, K. Tachikawa, A. Manz, Micro Total Analysis Systems. Latest advancements and trends, Anal. Chem. 2006, 78, 3887 – 3908. 2 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.


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, p-aminophenol and ascorbic acid in less than 60s (Figure 2A) using the portable system.

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Curren

t (nA

)

time (s)

APAP

EP

pAP

UA

AA

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Curren

ttime (s)

UA1 nA

(A) (B)

(a)

(b)(c)(d)

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-09-01-00264 and PTQ-10-02730) and Centre for the Development of Industrial Technology (CDTI – NEOTEC IDI-20091097).


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.


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).


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.

1 Baughman, R.H., Zakhidov, A.A., De Heer, W.A. 2002 Science 297, 787-792 2 Dumitrescu I., Unwin P.R., MacPherson J.V., 2009 Chemical Communications 45, 6886-6901. 3 Kavan, L., Dunsch, L. 2011 ChemPhysChem 12, 47-55


Figura 1. Etapas de la fabricación de un electrodo transparente de nanotubos de carbono


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 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)

desarrollo y caracterización de nuevos materiales · indispensable para poder ser utilizados en...

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