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Title: Desarrollo de electrodos para un biosensor/biocelda de combustible de lactato
metadata.dc.creator: Erick Salinas Ávila
Keywords: BIOLOGÍA Y QUÍMICA;QUÍMICA;TECNOLOGÍA DE MATERIALES
metadata.dc.date: 20-Nov-2022
Description: El interés por la implementación de dispositivos que nos permitan sensar analitos biológicos en medios complejos ha crecido continuamente en los últimos años, tanto en el sector industrial como en el sector salud y en la investigación. La rápida determinación de las concentraciones de lactato in situ o in vivo es importante dentro de sus respectivos procesos. En este trabajo se desarrollaron y evaluaron electrodos enzimáticos y abióticos, con materiales derivados del ferricianuro, para la determinación de lactato en fluidos simulados. En el caso de los electrodos enzimáticos se utilizó la inmovilización de la enzima lactato oxidasa (LOx) para el desarrollo de un biosensor de primera y/o segunda generación. La enzima fue inmovilizada por el método entrecruzamiento con Etilen glicerol diglicidil éter (EGDGE) para los electrodos enzimáticos desarrollados en este trabajo. En el caso del electrodo abiótico fue probado un material bimetálico de Fe y Cu denominado análogo del azul de Prusia (PBA) por su semejanza estructural en escala molecular con el azul de Prusia (PB). Los materiales utilizados para la evaluación se depositaron sobre electrodos de papel carbón Toray y se utilizaron como electrodos de trabajo, mientras que como electrodo de referencia se utilizó Ag/AgCl y como contra electrodo se utilizó un electrodo de grafito. El electrodo enzimático de K₃[Fe(CN)₆] y LOx mostró, mediante voltamperometrías cíclicas (VC), el mejor rango lineal con una R2 = 0.996 en un rango de 1 a 50 mM. Sin embargo, la desviación estándar observada es grande repercutiendo en el límite de cuantificación y el límite de detección, esto debido a la poca afinidad entre este material y el papel toray usado para la elaboración de los electrodos y un método inespecífico de inmovilización. Los electrodos de azul de Prusia (PB) y LOx fueron evaluados por VC, las pruebas fueron efectuadas a un pH de 5.6 mostrando un rango lineal de 8 - 40 mM con una R2 = 0.958. Los límites de detección y cuantificación fueron de 7.5 mM y 25.4 mM respectivamente. Los electrodos mostraron una sensibilidad de 2.05 ×10-3 mM•µA, una corriente máxima de 0.35 µA y una constante de Michaelis-Menten aparente de 2.51 mM. Los electrodos elaborados con este material siguen presentando perdida del material al contacto con agua y las soluciones buffer, sin embargo, esta pérdida es más gradual que en el caso del ferricianuro En el caso del material FeCu-PBA sin enzima, se evaluó por voltametrías de pulso diferencial (DPV) y por cronoamperometrías. Estas pruebas se realizaron a un pH de 5.6 observando una saturación cuando la concentración superaba los 8 mM, el rango de 0 a 8 mM de linalidad con una R2 = 0.956, un límite de cuantificación de 5.23 mM un límite de detección de 1.57 mM y una constante de Michaelis-Menten aparente de 42.83 mM.. Estos mismos electrodos se evaluaron en un pH de 7.4 por cronoamperometría. Los estudios solo se hicieron en un rango de 0 a 6 mM ya que este es el rango de concentraciones que pueden estar presentes en fluidos biológicos con pH´s neutros. Algunos parámetros obtenidos fueron rango lineal 0 a 6 mM (R2 = 0.983), límite de cuantificación de 2.895 mM y límite de detección de 0.874 mM. Las pruebas de interferentes mostraron que puede ser sensible a distintas moléculas por lo que en el sensado podría mostrar interferencia y su aplicación podría enfocarse más en procesos avanzados de oxidación. De la misma manera para los electrodos con FeCu-PBA se hicieron curvas de descarga para evaluar su desempeño como celdas de combustible, usando como ánodo los electrodos con FeCu-PBA, mientras que el biocátodo fue derivado de la enzima lacasa unida a nanotubos de carbono multipared sin modificación y modificados con antraceno o pireno-antraceno (R.A. Escalona-Villalpando et al., 2017), los experimentos se llevaron a cabo sin agitación en una solución de PBS 0.1 M con un pH 5.6 en un solo compartimento. Para determinar el funcionamiento de la biocelda se hicieron curvas de descarga lineales desde potencial a circuito abierto a cero V con un barrido de 10 mV•s. Los resultados de estas pruebas mostraron también dispersión en los datos para los distintos electrodos probados. Obteniendo así una potencia máxima de 43.3 µW o 481 µW•cm2 teniendo en cuenta que la superficie de nuestro electrodo es de 3 mm por 3 mm, lo cual puede considerarse una buena producción de energía en comparación con otros sistemas reportados en la literatura (R A Escalona-Villalpando et al., 2019).
URI: http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/3621
Other Identifiers: Lactato
Biosensores
Fluídos Humanos
Electroquímica
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