Electrochemical Functionalization of Nanostructured Carbon Materials for Bioelectrochemical Applications

Abstract

Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de diferentes métodos electroquímicos y químicos para la funcionalización de materiales de carbono nanoestructurados, obteniendo materiales electródicos funcionales para aplicaciones bioelectroquímicas. En este sentido, las propiedades en superficie influyen directamente en la interacción entre el elemento bioreceptor o biocatalizador con el electrodo. Por tal motivo, se puede mejorar la cinética de transferencia de electrones, la inmovilización, orientación y distribución del bioelemento en el electrodo, mejorando el rendimiento del dispositivo bioelectroquímico, a partir de la química superficial del material empleado. El uso de diferentes funcionalidades de nitrógeno y fósforo generados electroquímicamente sobre los materiales de carbono nanoestructurados proporciona una plataforma para la síntesis controlada, para mejorar la actividad catalítica de biocatalizadores. Además, el proceso electroquímico de funcionalización ha demostrado ser una ruta interesante para preparar bioelectrodos en un solo paso, con bajo consumo de elementos enzimáticos y un rendimiento sobresaliente a los métodos convencionales actuales. Por otro lado, el uso de materiales de carbono dopados en N cuaternarios como elemento transductor en la síntesis de un biosensor enzimático de glucosa libre de metales proporciona, en condiciones aeróbicas, un biosensor de alta sensibilidad para la detección de glucosa en orina y bebidas azucaradas comerciales, con bajo efecto de los interferentes y alta estabilidad. Finalmente, la modificación de los nanotubos de carbono con nanopartículas de oro proporciona un material de electrodo transductor escalable y estable en el que tiene lugar la inmovilización de anticuerpos a través de interacciones Au-8. La formación de antígeno-anticuerpo complejo provoca efectos estéricos que producen un impedimento para la transferencia de electrones proveniente de una sonda redox activa hacia la superficie del electrodo, lo que facilita la detección del analito.