Nuevos métodos para la detección y discriminación de contaminantes y metabolitos orgánicos de alto impacto ambiental mediante sondas fluorogénicas

Aspectos nuevos e innovadores

Los sensores fluorogénicos han adquirido un enorme impacto social y económico, esto se debe a la importancia que pueden llegar a tener en la vida cotidiana. Los sensores químicos implican el diseño de moléculas aisladas o conjuntos de moléculas que reconozcan específicamente una especie en particular de manera reversible, en un rango apropiado de concentración, idealmente en cantidades traza. La necesidad de reversibilidad es un requisito esencial para la monitorización continua o “in vivo”, pero para medidas individuales aisladas no es necesaria. Por otro lado, en los últimos tiempos la detección de un analito aislado ha sido superada por nuevos sistemas que son capaces de detectar diversas clases o mezclas de compuestos químicos de forma similar a la que la naturaleza ha venido utilizando en el desarrollo del olfato humano y el sentido del gusto. En este caso, los requisitos para conseguir estos objetivos son muy complejos, por lo que la preparación de sistemas de señalización luminiscente así como de dispositivos luminiscentes resulta muy ventajosa ya que las medidas de fluorescencia suelen ser muy sensibles, de bajo coste, fáciles de realizar y extremadamente versátiles, consiguiendo sub -límites de detección micromolares. En consecuencia, los sensores químicos luminiscentes juegan un papel importante en campos clave como la detección industrial, el diagnóstico médico y terapéutico en ciencias de la salud y en la monitorización ambiental diversa. La nanotecnología es el marco natural de evolución y progresión de los sensores químicos, por lo que la combinación de la nanotecnología y la señalización luminiscente puede dar lugar a la preparación de materiales únicos en el camino hacia importantes desarrollos en diversas áreas técnicas, como sensores químicos ópticos y luminiscentes para analitos orgánicos de alto impacto ambiental y su implementación en estructuras más complejas para conseguir materiales capaces de amplificar la señal para ser incluidos en dispositivos de detección. Desde los sistemas programados de base supramolecular nos interesa el desarrollo de sondas fluorogénicas para su uso en sensores químicos donde el proceso de reconocimiento va unido a un proceso de señalización. Los sensores químicos para biomoléculas como neurotransmisores, glutamato y acetilcolina, glicina, aspartato y dopamina, NO y ATP, son de gran utilidad. En las ciencias ambientales, se sabe que los derivados del mercurio, en particular el metilmercurio, el plomo y el cadmio, son muy tóxicos para los organismos vivos y su detección en el medio ambiente es muy conveniente. Por otro lado, los sensores químicos de explosivos y agentes nerviosos están actualmente desarrollados para la detección de minas y armas químicas. Con la guerra al terrorismo, ha aumentado notablemente la necesidad de sensores químicos y biológicos fiables y precisos que funcionen en tiempo real. Existen muchos tipos de moléculas orgánicas de importancia crítica para las que no existen sensores químicos capaces de detectarlas, por lo que es importante ampliar el campo de analitos que pueden ser detectados y cuantificados, por lo que es necesario diseñar y desarrollar nuevos fluorogénicos específicos. La fluorescencia es uno de los mecanismos de transducción más potentes para informar un proceso de reconocimiento químico. La integración de sondas moleculares fluorescentes en dispositivos adecuados da lugar a sensores químicos. La investigación se ha centrado en la preparación de nuevos receptores pero existen muy pocas sondas fluorogénicas comerciales, por lo que las sondas moleculares desarrolladas por el grupo de investigación llenan un vacío tecnológico que existe en la actualidad.

Principales ventajas derivadas de su utilización

Muchos problemas de biodetección o bioseguridad no han sido resueltos todavía. Por esto el grupo realiza el diseño de sensores fluorogénicos de contaminantes medioambientales orgánicos para los que no hay actualmente métodos fiables de detección, como los agentes fosforilantes en cantidades traza que pueden provenir de escapes tóxicos o de agentes de guerra química, el metilmercurio o el ión cianuro, y sensores fluorogénicos selectivos para biomoléculas de pequeño tamaño, especialmente metabolitos orgánicos de interés toxicológico o medioambiental. Para conseguirlo, el grupo de investigación ha puesto a punto una nueva familia de sondas fluorogénicas capaces de desarrollar grandes diferencias de fluorescencia en presencia de analitos específicos, que han dado lugar a sondas diferenciales entre series análogas de biomoléculas. La ventaja que ofrecen las nuevas sondas fluorogénicas que el grupo ha desarrollado es que su modo de acción difiere de las sondas conocidas, permitiendo la detección selectiva de especies para las que no existía ningún modo de acceso, por ejemplo, diferenciación entre suplementos deportivos o drogas de diseño. Así, el grupo desarrolla nuevas sondas fluorogénicas apropiadas para tipos de analitos de gran impacto social y medioambiental, y con ellas nuevos materiales sensores mediante su anclaje a nanomateriales de sílica, con el fin de generar nuevos dispositivos sensores de utilidad clínica o medioambiental.

Características técnicas

1.- Desarrollo de sondas fluorogénicas OFF-ON para procesos de reconocimiento fluorogénico de agentes fosforilantes, gases nerviosos o gases de guerra química.

Desarrollo de nuevos materiales sensores orientados a la detección de contaminantes orgánicos medioambientales de alto interés, y su aplicación a agentes fosforilantes, gases nerviosos o gases de guerra química.

2.- Desarrollo de sondas fluorogénicas para catión metilmercurio y su detección selectiva con respecto a mercurio(II).

Desarrollo de nuevos materiales sensores orientados a la detección y especiación de catión metilmercurio y mercurio(II).

3.- Preparación de sondas fluorogénicas OFF-ON para procesos de reconocimiento fluorogénico de contaminantes y metabolitos orgánicos, ión cianuro, y aminoácidos.

Desarrollo de nuevos materiales sensores orientados a la detección de contaminantes orgánicos de interés medioambiental y metabolitos orgánicos derivados de aminoácidos.

4.- Desarrollo de nuevos materiales sensores luminiscentes basados en nanomateriales de sílica para la detección de contaminantes y metabolitos orgánicos de alto impacto medioambiental.

Desarrollo de nuevos materiales sensores soportados en nanomateriales de sílica, orientados a la detección de contaminantes y metabolitos orgánicos de elevado interés medioambiental.

5.- Desarrollo de nuevos materiales sensores luminiscentes de respuesta múltiple, cromogénica, fluorogénica y en resonancia de spin paramagnético, para la detección de aminas biogénicas y sus análogos de alto impacto toxicológico y medioambiental.

Desarrollo de nuevos materiales sensores de respuesta múltiple, orientados a la detección de aminas biogénicas y sus análogos utilizados como fármacos o drogas de diseño.

Aplicaciones

• Empresas del ámbito farmacológico, alimentación y producción de compuestos químicos con interés medioambiental, detección toxicológica o medioambiental.

Estado actual de desarrollo

Investigación o Experimentación.