Diseño y caracterización analítica de dispositivos microfluídicos capilares

Resumen

Esta Tesis Doctoral se centra en el diseño y caracterización analítica de dispositivos microfluídicos capilares empleados en el desarrollo de sistemas para la detección y monitorización de compuestos de interés clínico, alimentario y medioambiental. El objetivo general que se persigue es la simplificación de la metodología analítica mediante el empleo de dispositivos microfluídicos capilares miniaturizables, robustos, de fácil uso y bajo precio, con capacidad de obtener resultados in situ, que no requiera grandes volúmenes de muestra y reactivos ni personal experto para llevar a cabo el análisis y que además permitan una detección rápida del compuesto de interés. De esta manera se abre camino hacia el empleo de dispositivos de análisis más simples basados en la medida del color como parámetro analítico a través de la toma de una fotografía de la zona de detección del dispositivo con ayuda de dispositivos de captura digital de imágenes tales como cámaras fotográficas o teléfonos móviles. Así, los trabajos presentados en esta Tesis Doctoral se han organizado en siete capítulos y un anexo. 1. Se ha desarrollado de un dispositivo microfluídico basado en papel (μPAD) que utiliza la tretrazina (1, 2-dihidro-3, 6-bis (3, 5-dimetil-1H-pirazol-1-il) 1, 2, 4, 5-tetrazina, DHBPTz) para la determinación colorimétrica de nitrito. Como dispositivo de captura de imagen se han empleado una cámara fotográfica y un teléfono móvil. 2. Se ha llevado a cabo el diseño, desarrollo y caracterización analítica de un dispositivo microfluídico de papel para la determinación colorimétrica de glucosa. Este μPAD incorpora el MOF Fe-MIL-101 que emula la enzima peroxidasa (HRP) mejorando la simplicidad y estabilidad del dispositivo. Como dispositivos de captura de imagen en esta determinación se ha utilizado una cámara digital de un smartphone de forma que se permite mejorar la portabilidad del sistema de detección, así como la posibilidad de almacenar y transferir los datos del análisis. 3. Se ha planteado la síntesis in situ de silicon nanodots fluorescentes en un μPAD para la determinación de glucosa y fructosa incorporando para ello en el μPAD un calentador de grafeno fabricado con láser. De esta forma, se presenta un nuevo método de determinación basado en un sistema libre de enzimas cuyo reconocimiento tiene lugar mediante una reacción de óxido-reducción entre el monosacárido, que actúa como reductor y el reactivo (3-aminopropil) trietoxisilano (APTS). Así, existe una relación directa entre la concentración de nanopartículas que se forman y el contenido en glucosa o fructosa que existe en la muestra. 4. Se ha establecido un nuevo método colorimétrico de determinación de glutation basado en el sistema Ag (I)-3,3’,5, 5’-tetrametilbencidina (TMB) implementado sobre un dispositivo microfluídico de papel. El dispositivo cuenta con una etiqueta NFC (Near Field Communication) impresa que permite el almacenamiento y la transferencia de datos a un teléfono móvil. De esta forma se ha desarrollado un dispositivo miniaturizado, de bajo coste y con capacidad de comunicación inalámbrica que permite una determinación rápida de glutatión en muestras de suero. 5. Se ha desarrollado un dispositivo microfluídico de papel para la determinación de biotioles como glutatión, cisteína y homocisteina en muestras de orina basado en la inmovilización covalente de carbon dots fluorescentes sobre la celulosa del papel. Esta determinación se basa en un ensayo fluorimétrico turn off/on en el cual los carbón dots fluorescentes inmovilizados pierden la fluorescencia después de su funcionalización con ácido yodo acético por efecto de átomo pesado al incorporar iodo en su estructura. La presencia de glutatión, cisteína y homocisteina permite recuperar la fluorescencia de los carbon dots lo que permite su determinación. En este caso, una cámara fotografíca y un teléfono móvil han sido utilizados como sistema de detección de la fluorescencia a través de la captura de una fotografía del μPAD utilizando un transiluminador. 6. Se ha presentado un nuevo método óptico para la determinación colorimétrica de creatinina en muestras de orina basado en la utilización de una membrana selectiva de iones que contiene el ionoforo calix[4]pirrol que reconoce selectivamente al ión creatininio. Además, un indicador de pH lipofilico ha sido incluido en la membrana de forma que actúa como transductor en la determinación. El método propuesto ha sido validado mediante comparación de los resultados obtenidos con un método de referencia demostrándose su aplicabilidad. 7. Se ha descrito un nuevo método de determinación luminiscente de creatinina basado en el empleo de nanopartículas de fosfato de calcio dopadas con europio. Así, gracias a la utilización de estas nanopartículas se establece una determinación rápida, selectiva y de bajo coste de creatinina en muestras de orina. 8. Para finalizar y como material suplementario se ha incluido el desarrollo de un parche potenciométrico reutilizable para la monitorización de potasio, sodio, cloruro y pH en sudor. Este parche cuenta con una celda de muestreo flexible y cuatro electrodos fabricados con tinta de carbono mediante serigrafía que contienen las membranas selectivas a cada analito. El parche ha sido diseñado de forma que permite llevar a cabo tanto la recogida de la muestra y el análisis de la misma sin que existan problemas de contaminación y/o evaporación de la muestra.