Development of electrochemical (bio)sensors and microanalytical systems
El mercado creciente de la industria del vino necesita garantizar los estándares de calidad y la protección del consumidor mediante el seguimiento de varios parámetros a lo largo del proceso de elaboración del vino. La aplicación de los (bio)sensores electroquímicos aporta una respuesta rápida, una...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2017 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:186940 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/186940 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Sensors electroquímics Biosensors Microanàlisi Vi |
| Sumario: | El mercado creciente de la industria del vino necesita garantizar los estándares de calidad y la protección del consumidor mediante el seguimiento de varios parámetros a lo largo del proceso de elaboración del vino. La aplicación de los (bio)sensores electroquímicos aporta una respuesta rápida, una miniaturización a bajo coste y una fácil implementación para la detección in-situ. Los (bio)sensores son una buena alternativa a los tediosos métodos tradicionales aplicados en laboratorios especializados. En esta tesis se presenta el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos fabricados con tecnología microelectrónica y su implementación en sistemas de flujo fabricados con técnicas de prototipado rápido, para la monitorización de parámetros químicos de interés en la industria vinícola. Como (bio)sensores se han utilizado Transistores de Efecto Campo Sensibles a Iones (ISFETs) y microelectrodos de platino/Oro como biosensores bienzimáticos amperométricos. Esta Tesis es el resultado de cinco artículos publicados en revistas internacionales y contiene cinco capítulos. En la Introducción se describe el estado del arte de los ISFETs y los biosensores amperométricos. Se explican los métodos para la inmovilización de enzimas en sensores y en particular los basados en polímeros de polipirrol. Finalmente, se revisa la implementación de sensores electroquímicos en sistemas lenguas electrónicos y en sistemas analíticos de flujo. En el capítulo de Experimental se describe en detalle la fabricación de todos los (bio)sensores y sistemas de flujo utilizados, así como su metodología de caracterización (incluyendo las mediciones en vino). En el capítulo de Resultados y Discusión, se describen los objetivos alcanzados. Se aplicaron ISFETs para determinar SO2 libre y total en vino. Se propuso un sistema de flujo sencillo basado en la separación del analito de la muestra con una membrana de difusión de gases y su posterior detección con un ISFET de pH. El sistema se validó con 70 vinos y dos métodos estándar. Se desarrolló un sistema de flujo más compacto para la determinación simultánea de SO2 libre y ácido acético. Este sistema de flujo permitió integrar en un solo módulo la membrana de difusión de gas, el ISFET y el electrodo de referencia, cumpliendo los requisitos de medición en barricas. Este sistema se evaluó comparando los resultados en vinos con los obtenidos con los métodos oficiales. Por otro lado, se desarrollaron biosensores enzimáticos amperométricos para determinar L-lactato y L-malato. Se modificaron la superficie metálica de los microelectrodos con membranas de polipirrol sintetizadas electroquímicamente, permitiendo el atrapamiento de los reactivos implicados en la reacción bienzimática. Los biosensores mostraron una excelente estabilidad de trabajo, conservando más del 90% de su sensibilidad tras 40 días. Esto permitió su aplicación para monitorizar la fermentación maloláctica de vinos, mostrando resultados análogos a los obtenidos con el método estándar. Tras optimizar ambos biosensores amperométricos, se diseñó y fabricó un nuevo chip de silicio para determinar simultáneamente ambos parámetros. Este chip fué montado en un sistema de flujo de pequeño tamaño para el análisis en línea de L-lactato y L-malato. El sistema fue evaluado con éxito con muestras de vino. También se describió la aplicación de una lengua electrónica portátil basada en microsensores para el análisis de Cava. El sistema contenía una serie de microsensores formados por seis ISFETs sensibles al pH, Na+, K+, Ca2+, Cl- y CO32-, un sensor de conductividad, un sensor de potencial redox y dos microelectrodos amperométricos de oro. Este sistema, combinado con herramientas de análisis quimiométricas, se aplicó al análisis de 78 muestras de Cava, clasificándolas según el tiempo de envejecimiento (utilizando un Análisis Discriminante Lineal) y cuantificando la acidez total, el pH, el grado alcohólico volumétrico, el potasio, la conductividad, el glicerol y el metanol (utilizando regresiones de mínimos cuadrados parciales). |
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