Desarrollo de dispositivos electroanalíticos basados en elementos de bajo coste para aplicaciones clínicas y medioambientales

Abstract

Dentro de todas las tendencias actuales de la Química Analítica son la miniaturización y la disminución de costes las que más interés han tenido a lo largo de los últimos años y las que han llevado al desarrollo de dispositivos portátiles, descentralizados, de fácil uso y más económicos que los equipos convencionales de laboratorio. Respondiendo a esta tendencia, han cobrado importancia los dispositivos en el punto de atención (POC, del inglés point-ofcare) permitiendo acercar los análisis y la atención sanitaria no sólo al usuario común sino también a zonas de recursos limitados. En este ámbito también cabe destacar el desarrollo de dispositivos LOC (del inglés lab-on-a-chip; laboratorio en un chip), los cuáles consiguen integrar diferentes operaciones básicas y comunes en un laboratorio (como el pretratamiento de la muestra, procesos de separación, diluciones y la detección) en un único dispositivo resultando en análisis completos mucho más rápidos y automatizados. En este contexto, la detección electroquímica es una técnica analítica de detección que encaja a la perfección con esta tendencia a la miniaturización, convirtiendo los biosensores electroquímicos (enzimáticos, inmunosensores y sensores basados en ADN) en una herramienta de gran utilidad para diversos campos como el análisis medioambiental y clínico. Por todo ello, el fundamento de esta Tesis Doctoral es el desarrollo de diferentes dispositivos (bio)electroanalíticos basados, todos ellos, en diferentes elementos de bajo coste: desde la celulosa, a materiales de uso común como grapas y alfileres de acero inoxidable, puntas de micropipetas y tubos de ultracentrífuga para la determinación de diferentes analitos de interés clínico y medioambiental. Basándose en esto, esta Tesis se divide en cuatro capítulos: El primer capítulo trata sobre la utilización de materiales comunes, de bajo coste y producidos en masa para el desarrollo de dispositivos electroanalíticos. En primer lugar, se desarrolla un dispositivo en soporte papel en el que se utilizan grapas de acero inoxidable como electrodos para el diagnóstico de la enfermedad celíaca mediante un ensayo ELISA. Se continúa en esta línea de investigación con el desarrollo de un inmunoensayo (también para el diagnóstico de la enfermedad celíaca) directamente sobre la punta de una micropipeta. Con el fin de conseguir un dispositivo en el que puedan integrarse varias operaciones, de desarrolla una celda electroquímica dentro de una punta de micropipeta utilizando esta vez alfileres de acero inoxidable como electrodos. Como última parte en este capítulo, se introduce, a modo de resultados preliminares, el desarrollo de un dispositivo para la diferenciación rápida entre ictus hemorrágico e isquémico. El segundo capitulo trata sobre el diseño y el desarrollo de un microchip de electroforesis en papel con electrodos de carbono y detección amperométrica integrada. El tercer capítulo aborda el desarrollo de electrodos desechables que pueden calentarse y, de este modo, resultar útiles en reacciones en las que es necesario aplicar una temperatura elevada para que se lleven a cabo (como pueden ser los ciclos a alta temperatura necesarios en reacciones de amplificación de ADN). Se recoge una revisión bibliográfica acerca de los diferentes métodos que se han utilizado para este fin en el electroanálisis a lo largo de los últimos años y, como resultados preliminares, el desarrollo de un método de amplificación isotérmica de ADN con detección electroquímica para para el diagnóstico temprano de la neumonía causada por el neumococo (Streptococcus pneumoniae), dentro de un proyecto para el diagnóstico del SARS-CoV-2. El cuarto capítulo aborda la importancia de la iniciativa Investigación e Innovación Responsables (RRI) donde se recogen cinco capítulos publicados en un libro donde se recogen diferentes trabajos del área del electroanálisis de forma sencilla y didáctica.