Novel nanomaterial for lab on chip devices developmentapplication to food systems and their effect on the oxidative stress in cell cultures

Resumen

Esta Tesis Doctoral se ha configurado en dos áreas bien definidas dentro del ámbito del diseño y desarrollo de sensores electroquímicos, empleando nanomateriales con altas prestaciones analíticas en términos de sensibilidad, selectividad y reproducibilidad. Por una parte, se exploraron las propiedades de los calcogenuros de metales de transición como nuevos nanomateriales con el objetivo de desarrollar nuevos sensores electroquímicos de altas prestaciones. Los calcogenuros de metales de transición están formados por láminas triatómicas con fórmula general MX2, donde M es un metal de transición y X un calcogenuro (S, Se o Te) y donde a su vez M se dispone en un plano rodeado por otros dos de X unidos mediante enlaces covalentes. Cada una de estas láminas se encuentran unidas mediante fuerzas de Van der Waarls, facilitando su exfoliación en capas individuales mediante métodos sencillos. En primer lugar, se llevó a cabo la exfoliación asistida por ultrasonidos de metales de transición del grupo VI (MoS2, WS2, MoSe2 y WSe2). Posteriormente, se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido, espectroscopía Raman y técnicas electroquímicas. Seguidamente, se estudiaron las capacidades electrocatalíticas de estos nanomateriales en la oxidación de compuestos polifenólicos, elegidos para tal fin por su elevada capacidad antioxidante. Estos nanomateriales, demostraron una excelente resistencia a la pasivación del sensor, uno de los factores limitantes de la aplicación de las técnicas electroquímicas en el análisis de muestras complejas, constituyendo este hallazgo uno de los resultados más relevantes obtenidos. En último término, se demostró su aplicación analítica a la determinación de compuestos polifenólicos endógenos en matrices complejas de alimentos. Por otra parte, se desarrollaron sensores electroquímicos para la detección in-situ de peróxido de hidrógeno en cultivos celulares como marcador de estrés oxidativo. Para ello, se diseñaron y desarrollaron electrodos basados en nanomateriales de altas prestaciones dirigidos a la sensibilidad y selectividad electroquímicas (Carbon Black y Prussian Blue) para la detección y cuantificación selectiva de peróxido de hidrógeno en un modelo celular de enfermedad de Parkison. Asimismo, se desarrolló una plataforma on-chip con prestaciones analíticas similares para desarrollar cultivos celulares, detectar peróxido de hidrógeno en condiciones de estrés oxidativo, así como evaluar el efecto antioxidante de compuestos polifenólicos exógenos en los niveles de estrés oxidativo