Estrategias espectroscópicas para la monitorización de parámetros (bio)analíticos de interés en agroalimentación y medio ambiente

Abstract

El desarrollo de nanopartículas sintéticas que ha tenido lugar en los últimos años ha supuesto una revolución en el diseño de nuevas y mejoradas metodologías (bio)analíticas, gracias a las nuevas propiedades exhibidas por la materia en la nanoescala, que permiten mejorar aplicaciones tradicionales o incluso abren nuevos campos de estudio. Este proceso de desarrollo acelerado requiere un estudio exhaustivo de las características físico-químicas de las nuevas nanopartículas, previamente a emplearlas en metodologías analíticas, siendo necesario el empleo de un amplio abanico de distintas técnicas de caracterización que se complementen entre sí. A lo largo del Capítulo 1 – Introducción, se hace una pequeña sinopsis de las nanopartículas más empleadas en bioanálisis, así como de las técnicas de caracterización de las mismas más empleadas actualmente, prestando especial interés a aquellas usadas en el desarrollo de la presente Tesis Doctoral. Por otro lado, el empleo de la espectroscopía en la región del infrarrojo cercano está adquiriendo un alto grado de implementación en control analítico en agroalimentación, gracias a su bajo coste y la rapidez en la obtención de información analítica con mínimo tratamiento de muestra. Siguiendo estas tendencias de gran actualidad, a lo largo de esta Tesis Doctoral, se ha estudiado el empleo de la espectroscopía NIRS y se han sintetizado, funcionalizado y estudiado diferentes nanopartículas coloidales para su uso en aplicaciones analíticas basadas en diferentes propiedades espectroscópicas (fluorescencia, fosforescencia, absorbancia), así como el empleo de la espectroscopía NIRS en el desarrollo de metodologías de control medioambiental y agroalimentario. De este modo se busca dar solución a diferentes problemas, desde la búsqueda de límites de detección más bajos, al desarrollo de sensores o el control de calidad. Con este objetivo general, la presente Tesis Doctoral se ha estructurado en 2 secciones: Control Medioambiental y Control Agroalimentario. En la Sección 1 – Control Medioambiental, se estudian dos sistemas: El Capítulo 2 - Detección de Cianuro en Aguas Naturales se centra en el desarrollo de una metodología para la detección de trazas de cianuro disuelto en aguas naturales empleando Quantum Dots de Sulfuro de Plata. Estas nanopartículas son de especial interés debido a que tanto su espectro de excitación como su espectro de emisión se sitúan en la región del infrarrojo cercano, y por tanto se puede minimizar las posibles interferencias debidas a la autofluorescencia típica de los medios biológicos, así como otros procesos como la dispersión de la luz, etc. La detección de cianuro se basa en la disminución de luminiscencia (quenching) de los Quantum Dots observada en presencia de iones cianuro. Este quenching es selectivo, y no se produce en presencia de otros iones presentes en aguas, y permite detectar cianuro en niveles lo suficientemente bajos como para cumplir las regulaciones más estrictas. El Capítulo 3 – Detección de Acetona en Aire, describe el desarrollo de un método de detección de acetona en aire, basado en el quenching de la fosforescencia de Quantum Dots de Sulfuro de Zinc dopados con Manganeso. Se ha desarrollado una fase sensora basada en la inmovilización (atrapamiento) de los Quantum Dots fosforescentes en una matriz inorgánica tipo “sol-gel”, capaz de detector la acetona en bajas concentraciones sin interferencias de otras especies volátiles similares. Esta fase sensora se implementó en el desarrollo de un prototipo de sensor diseñado empleando componentes optoelectrónicos de bajo coste, siendo el dispositivo final lo suficientemente sencillo y directo como para poder ser empleado en control analítico industrial. En la Sección 2 – Control Agroalimentario, se estudiaron dos sistemas: El Capítulo 4 – Análisis de Ácidos Grasos en Leche detalla el desarrollo de una metodología NIRS para la monitorización del perfil de ácidos grasos en leches. Se empleó un instrumento NIRS portátil y se desarrolló un modelo de calibración que relaciona los espectros obtenidos por un espectrómetro portátil con los datos de referencia obtenidos mediante un método validado (GC-MS), obteniéndose un sistema de análisis rápido, portátil y sencillo, que permitiría a al sector ganadero evaluar la calidad de la leche de sus vacas en tiempo real y podría en un futuro permitir usar la composición de ácidos grasos como uno de los parámetros que podrían afectar al precio de la leche. El Capítulo 5 – Detección de Sésamo en Alimentos detalla el desarrollo de un método para la detección de ADN de Sésamo, basado en el cambio de color de nanopartículas de oro funcionalizadas con material genético al agregarse en presencia del analito. Para amplificar la señal analítica y disminuir el límite de detección, se emplearon estructuras conocidas como MNAzymes. Se compararon los resultados obtenidos mediante el análisis de longitudes de onda de absorción, la diferenciación de colores visual, y la diferenciación de colores empleando software de acceso libre.