Aplicació de polímers sulfonats per a la construcció d'elèctrodes selectius d'ions i biosensors potenciomètrics

En els ultims anys, el camp dels sensors i bionsensors ha experimentat un desenvolupament exponencial degut a una combinacio de diferents factors. Per una banda, existeixen noves tecniques per a la construccio de microdispositius, i per altra, a les bones caracteristiques intrinseques que aquests dispositius presenten, com son la robustesa, la selectivitat, el baix cost i la rapidesa de resposta. Aquestes caracteristiques els fan molt adequats per a la monitoritzacio de molts parametres en camps tan diversos com el mediambiental, el medic, l’industrial, etc. Els electrodes selectius d’ions (ESIs) son sensors electroquimics que, degut al potencial electrostatic de la seva membrana quan aquesta esta en contacte amb una solucio, permeten analitzar quantitativament l’analit al que es selectiva aquesta membrana. La selectivitat ve conferida per una especie quimica (ionofor) que interacciona de forma selectiva amb l’analit a determinar. La consistencia fisica de la membrana, factor que defineix la viabilitat practica del sensor, ve determinada pel material emprat en la construccio d’aquesta, habitualment un polimer. Fins al moment, el material polimeric mes emprat en la construccio d’ESIs de membrana de portador mobil ha estat el policlorur de vinil (PVC). Una de les limitacions d’aquest polimer es que la incorporacio de material biologic per a la construccio de biosensors no es facil degut a l’us de dissolvents organics (normalment tetrahidrofura). Les proteines (enzimes, anticossos) no es dissolen be en aquests dissolvents, i se n’alteren les propietats, fet que dificulta abastament l’us del PVC per a la construccio d’aquest tipus de dispositius. En el treball d’investigacio presentat en aquesta tesi, s’estudien polimers alternatius al PVC per a la construccio de quimiosensors i biosensors potenciometrics. Concretament, polimers amb sofre com la polisulfona i la poli(eteretercetona) sulfonada (SPEEK) que, per les seves caracteristiques, s’han considerat que poden ser bons candidats alternatius. S’ha decidit estudiar el SPEEK perque es un material que, a mes de presentar bones caracteristiques fisiques per a la construccio de membranes potenciometriques, te grups amb carrega negativa que probablement afectaran la resposta del sensor. Aixi, s’han construit electrodes per a un catio (amoni) i per a un anio (nitrat). En tots dos casos la resposta ha estat raonablement correcta, pero especialment positiva per a l’io nitrat ja que la repulsio electrostatica provocada pels grups sulfonics del polimer ha reduit l’efecte interferent dels anions estudiats. Tambe s’ha estudiat la polisulfona que, a mes de subministrar bones membranes potenciometriques amb ionofors convencionals per als quimiosensors, permet incorporar material d’origen biologic en l’etapa final de preparacio de les membranes mitjancant el proces de precipitacio del polimer per inversio de fase des d’una solucio aquosa on es troben les biomolecules. D’aquesta manera no en surten malmeses i, per tant, mantenen la seva activitat. Aquesta tecnica no es viable amb el PVC i representa una gran millora en la construccio de biomembranes potenciometriques. Com a analit model a l’hora de fabricar un quimiosensor per a anions s’ha escollit el nitrat i com a analit model per als cations, el dial.lil dimetil amoni (DADMAC). Aquest ultim es va seleccionar per un requeriment d’una empresa quimica per a una aplicacio industrial. Concretament, es volia desenvolupar un sensor per a la determinacio de la concentracio residual d'aquest monomer en reaccions industrials de polimers carregats en solucio. Finalment, per la major robustesa i temps de vida del ESI amb matriu de PVC, aquest es el que finalment s’ha aplicat en planta. S’han desenvolupat biosensors potenciometrics amb membranes de polisulfona on s’han incorporat proteines dins la membrana polimerica. Les proteines seleccionades son metal·lotioneines que son presents a tots els essers vius i que presenten una elevada capacitat complexant d’ions metal·lics. Aixi, per una banda s’han estudiat aquestes metal·lotioneines com a ionofors, i s’ha desenvolupat un electrode selectiu de plata per demostrar-ne la viabilitat. Per altra banda, tambe s’ha construit un biosensor on aquestes proteines fan el paper d’agents reconeixedors de les propies proteines. Aquest darrer estudi obre una nova via pel que fa al disseny de biomembranes potenciometriques compactes que permetra desenvolupar sensors potenciometrics capacos de reconeixer biomolecules carregades sense cap reaccio bioquimica.