Innovaciones en metodologías analíticas dinámicas utilizando nanomateriales y sistemas microfluídicos

Abstract

La utilización de nanomateriales y de sistemas microfluídicos en metodologías analíticas ha abierto nuevas posibilidades para la mejora de las propiedades, tales como sensibilidad, selectividad, precisión y velocidad de muestreo. La integración de la nanotecnología en metodologías analíticas está teniendo un gran impacto debido al desarrollo de nanomateriales de diversos tamaños, formas y composición. Las interesantes propiedades estructurales, ópticas, electrónicas y catalíticas que presentan estos nanomateriales justifican que estén siendo considerados como reactivos alternativos a los convencionales, tales como las moléculas orgánicas [1,2]. Las nanopartículas de oro (AuNPs) se encuentran entre los nanomateriales más utilizados en el desarrollo de nuevas metodologías de análisis debido a su elevada relación superficie-volumen, su buena capacidad para la transferencia de electrones y su reactividad superficial [3]. Una de las características más destacadas de las AuNPs es su banda plasmón, originada por la oscilación colectiva de los electrones conductores de las AuNPs cuando su frecuencia coincide con la de la radiación electromagnética incidente. Este proceso origina una intensa banda de absorción, así como un aumento en la intensidad de la radiación dispersada [4]. Además, las excelentes propiedades mecánicas y eléctricas de estas NPs justifican su amplio uso en técnicas electroquímicas, utilizándose para recubrir los electrodos y demostrando que mejora notablemente la sensibilidad analítica debido al aumento de la superficie de contacto de éstos [5]. Estas NPs se han utilizado además en varias metodologías de separación, tales como en cromatografía de líquidos y de gases, así como en separaciones electroforéticas [6]. Por otro lado, los sistemas microfluídicos constituyen un campo de investigación multidisciplinar basado en el comportamiento de los fluidos en una escala micrométrica [7]. Dentro de la Química Analítica, el desarrollo de sistemas microfluídicos miniaturizados que permitan la determinación de una manera rápida y automatizada con una alta frecuencia de muestreo y con el mínimo consumo de muestra y de reactivos, ha despertado gran interés en los últimos años. No obstante, una limitación frecuente en los métodos analíticos basados en estos sistemas es su escasa sensibilidad, especialmente en los que utilizan detectores ópticos. La tendencia más actual en el uso de dispositivos microfluídicos en Química Analítica es el diseño de sistemas en los que se integren las diferentes etapas del procedimiento analítico en un único dispositivo con el objetivo de hacerlo portátil. Estos sistemas son conocidos como ¿lab-on-a-chip¿ o ¿micro-total-analysis-systems¿ (¿-TAS) [8]. No obstante, la incorporación de estos sistemas en el análisis de rutina requiere superar aún algunos retos como son la miniaturización sistemática del equipamiento asociado, como fuentes de energía, unidades externas y conexiones. Hasta ahora, la electroforesis en chip es la técnica de separación que más se ha desarrollado en sistemas microfluídicos, ya que consigue separaciones muy rápidas con buena eficiencia [9]. Esta modalidad se puede desarrollar eficientemente en dispositivos microfluídicos debido a que la disipación del calor es mejor en el formato en chip que en el capilar del mismo material, consiguiendo un mayor control debido al menor tamaño de muestra. Otra modalidad de análisis que se ha adaptado a los sistemas microfluídicos es el análisis por inyección en flujo, originando el µ-FIA [10]. Normalmente se emplea un chip que actúa como reactor en el cual confluyen dos canales, acoplándose externamente otros dispositivos e instrumentos como sistemas de impulsión, válvulas y sistemas de detección. Por último, cabe indicar que el uso de nanomateriales como herramientas analíticas en sistemas microfluídicos para la mejora de las distintas etapas del proceso analítico es un campo de investigación muy novedoso y de gran utilidad. La principal motivación de esta Tesis Doctoral es, por tanto, la de ampliar la aplicabilidad analítica de nanomateriales, principalmente AuNPs, y sistemas microfluídicos, para el desarrollo de nuevos métodos determinativos, así como la de realizar un exhaustivo estudio acerca de las últimas tendencias existentes en la integración de la nanotecnología y de sistemas microfluídicos en Química Analítica.