Desarrollo de nuevas estrategias y componentes claves para el diseño de dispositivos analíticos portátiles con aplicaciones clínicas y ambientales

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En esta Tesis se han desarrollado y optimizado sistemas analíticos completos, incluyendo el diseño de métodos basados en la utilización de células o parte de ellas (bioensayos y biosensores), así como también materiales de electrodo que forman parte de sistemas analíticos más sencillos (que no inclu...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Figueredo, Federico
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2018
Materias:
BAJO COSTO
BIOENSAYOS
BIOSENSORES
CELULOSA
DESCARTABLE
ELECTROQUIMICA
GRAFENO OXIDADO
NANOMATERIALES
NANOTUBOS DE CARBON MULTIPARED
MICROFLUIDICA
PLOMO
SENSORES
TOXICIDAD
UN SOLO USO
BIOASSAYS
BIOSENSORS
CELLULOSE
ELECTROCHEMISTRY
GRAPHENE OXIDE
LEAD
LOS COST
NANOMATERIALS
MICROFLUIDICS
MULTIWALLED CARBON NANOTUBES
SENSORS
SINGLE USE
TOXICITY
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6553_Figueredo
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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Figueredo, Federico
Desarrollo de nuevas estrategias y componentes claves para el diseño de dispositivos analíticos portátiles con aplicaciones clínicas y ambientales
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description En esta Tesis se han desarrollado y optimizado sistemas analíticos completos, incluyendo el diseño de métodos basados en la utilización de células o parte de ellas (bioensayos y biosensores), así como también materiales de electrodo que forman parte de sistemas analíticos más sencillos (que no incluyen un componente biológico). En el trabajo presentado aquí se los ha utilizado para la detección de toxicidad aguda en agua, cuantificación de glucosa en muestras de orina, determinación de Pb2+ en muestras de agua y cuantificación de bacterias en microgotas. Para ello se han utilizado principalmente técnicas electroquímicas y ópticas. Se han utilizado procedimientos y herramientas provenientes de la nanotecnología y la microfluídica para la optimización de los distintos sistemas analíticos desarrollados en esta Tesis. Se han caracterizado y optimizado bioensayos instrumentales para toxicidad aguda que permitieron detectar la presencia de compuestos tóxicos o inhibitorios en muestras de agua superficial. Este bioensayo de tipo respirométrico está basado en la inhibición del metabolismo de la bacteria Pseudomonas putida KT2440, cuando se expone a un agente tóxico/inhibitorio. La cuantificación de CO2, producido por la bacteria en la fase líquida utilizando electrodos potenciométricos sensibles al CO2, permitió evaluar la cinética de producción de CO2 durante estudios de optimización con un tóxico de referencia (3,5-diclorofenol), metales pesados y metaloides. Dada la portabilidad, bajo costo y sencilla utilización de los sistemas analíticos basados en microfluídica de papel y su potencial en aplicaciones de un solo uso, en esta Tesis se ha trabajado modificando las fibras de celulosa con nanopartículas de Fe3O4 (MNPs), nanotubos de carbono (CNT) y óxido de grafeno (GO). Estas modificaciones permitieron desarrollar biosensores de glucosa de tipo colorimétrico que demostraron ser más sensibles y robustos respecto a los controles sin modificar. Por otro lado se ha modificado las fibras de papel con tintas conductoras compuestas por CNT, quitosano y SDS para desarrollar electrodos, que fueron caracterizados electroquímicamente y utilizados para detectar trazas de Pb en muestras de agua de consumo. El último estudio de esta Tesis muestra el desarrollo y caracterización de un detector de conductividad sin contacto acoplado capacitivamente utilizado para determinar concentración de células de Escherichia coli dentro de microgotas de aproximadamente 17.3 nL. Se obtuvieron límites de detección, y rangos lineales de detección de 64.42 y 86.5 a 8650 unidades formadoras de colonias por microgota, respectivamente.
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En el trabajo presentado aquí se los ha utilizado para la detección de toxicidad aguda en agua, cuantificación de glucosa en muestras de orina, determinación de Pb2+ en muestras de agua y cuantificación de bacterias en microgotas. Para ello se han utilizado principalmente técnicas electroquímicas y ópticas. Se han utilizado procedimientos y herramientas provenientes de la nanotecnología y la microfluídica para la optimización de los distintos sistemas analíticos desarrollados en esta Tesis. Se han caracterizado y optimizado bioensayos instrumentales para toxicidad aguda que permitieron detectar la presencia de compuestos tóxicos o inhibitorios en muestras de agua superficial. Este bioensayo de tipo respirométrico está basado en la inhibición del metabolismo de la bacteria Pseudomonas putida KT2440, cuando se expone a un agente tóxico/inhibitorio. La cuantificación de CO2, producido por la bacteria en la fase líquida utilizando electrodos potenciométricos sensibles al CO2, permitió evaluar la cinética de producción de CO2 durante estudios de optimización con un tóxico de referencia (3,5-diclorofenol), metales pesados y metaloides. Dada la portabilidad, bajo costo y sencilla utilización de los sistemas analíticos basados en microfluídica de papel y su potencial en aplicaciones de un solo uso, en esta Tesis se ha trabajado modificando las fibras de celulosa con nanopartículas de Fe3O4 (MNPs), nanotubos de carbono (CNT) y óxido de grafeno (GO). Estas modificaciones permitieron desarrollar biosensores de glucosa de tipo colorimétrico que demostraron ser más sensibles y robustos respecto a los controles sin modificar. Por otro lado se ha modificado las fibras de papel con tintas conductoras compuestas por CNT, quitosano y SDS para desarrollar electrodos, que fueron caracterizados electroquímicamente y utilizados para detectar trazas de Pb en muestras de agua de consumo. El último estudio de esta Tesis muestra el desarrollo y caracterización de un detector de conductividad sin contacto acoplado capacitivamente utilizado para determinar concentración de células de Escherichia coli dentro de microgotas de aproximadamente 17.3 nL. Se obtuvieron límites de detección, y rangos lineales de detección de 64.42 y 86.5 a 8650 unidades formadoras de colonias por microgota, respectivamente. In this Thesis, complete analytical systems were developed and optimized including designs involving: whole organisms or part of them (bioassays and biosensors), and electrode materials that are part of simple systems (without biological components). These analytical systems have been assayed for the acute toxicity detection in water, total bacteria quantification, glucose quantification in plasma and Pb2+ detection in water samples. The applied methodology used were principally electrochemical and optical. Other tools and techniques from nanotechnology and microfluidics were also used for the optimization of the analytical systems used in this Thesis. The instrumental acute toxicity bioassay were characterized and optimized in order to detect the presence of toxic or inhibitory compounds in surface water samples. The designed bioassay was based on the quantification of Pseudomonas putida KT2440 CO2 production when is exposed to a toxic/inhibitory agent. The quantification of CO2 produced was determined in in liquid phase by means of potentiometric CO2 electrodes. Optimization studies were done by analyzing the kinetic production of CO2 with a reference toxic compound (3,5-dichlorophenol), heavy metals and metalloids. Due to the portability, low cost and easy handle of analytical devices based on paper microfluidics and furthermore to their potential for single use applications, in this Thesis cellulose paper fibers were modified with Fe3O4 nanoparticles (MNPs), carbon nanotubes (CNT) and graphene oxide (GO). The modifications allowed the development of colorimetric glucose biosensors that showed to be more sensitive and robust in comparison to control μPADs without any modification. Paper cellulose fibers were further modified with conductive inks composed by CNT, chitosan and SDS to develop electrodes, which were electrochemically characterized and showed the ability to detect trace levels of Pb in drinking water samples. The final study of this Thesis was focused on the analysis of a capacitively coupled contactless conductivity detector used for the detection of Escherichia coli cell concentration inside ca. 17.3 nL droplets. The limit of detection and linear detection range were 64.42 and 86.5 to 8650 colony forming units per droplet. Fil: Figueredo, Federico. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2018 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/restrictedAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6553_Figueredo

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