Aplicación de un diseño experimental de superficie de respuesta al desarrollo de una plataforma bienzimática para la determinación ultrasensible de glucosa

VIRGINIA VASCHETTI; ALEJANDRO TAMBORELLI; BENJAMÍN N. VIADA; MICHAEL LÓPEZ MUJICA; MARLEN GUTIERREZ-CUTIÑO; DIEGO VENEGAS-YAZIGI; PATRICIO HERMOSILLA-IBÁÑEZ; RIVAS GUSTAVO A.

San Juan

Congreso; XII Congreso Argentino de Química Analítica CAQA 2023; 2023

Los biosensores electroquímicos son herramientas analíticas que garantizan resultados rápidos e in situ en numerosas áreas de estudio como el diagnóstico clínico. Desde la Química Analítica, la investigación actual se centra en el desarrollo de sensores altamente selectivos y sensibles debido a la baja concentración, en fluidos corporales, de marcadores específicos de una enfermedad en sus inicios. Así, es relevante proponer estrategias simples de diseño que permitan amplificar las señales electroquímicas, incrementando la sensibilidad de detección de los biosensores. En este contexto, el presente estudio detalla la construcción de un biosensor bienzimático para glucosa a partir de un diseño experimental de superficie de respuesta (RSM). Para tal fin, se preparó un nanomaterial híbrido por sonicación (30 min) en base a 2,0 mg mL-1 de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) y 0,5 mg mL-1 de una nueva base de Schiff modificada con ácidos fenilborónicos (SB-dBA). Luego de la modificación de electrodos de carbono vítreo (GCE) con MWCNT–SB-dBA, se procedió a inmovilizar sobre la superficie una mezcla de glucosa oxidasa (GOx) y peroxidasa de rábano picante (HRP), preparada en buffer fosfato 0,5 M pH = 7,4, a través de la interacción entre los ácidos borónicos presentes en la base y los grupos cis-diol de las glicomoléculas. El diseño experimental de superficie de respuesta permitió llevar a cabo un estudio sistemático de las variables relevantes involucradas en el desarrollo del sensor bienzimático, para así alcanzar aquellas condiciones óptimas que proporcionen la mejor performance analítica. Se utilizó un diseño central compuesto rotable considerando 3 variables independientes en 3 niveles: i) concentración de HRP, ii) concentración de GOx y iii) tiempo de inmovilización de las enzimas. La variable dependiente seleccionada fue la respuesta amperométrica del sistema HRP/H2O2/HQ luego de la adición de glucosa, siendo hidroquinona (HQ) el mediador rédox. En la bioplataforma propuesta la GOx catalizó la oxidación de la glucosa a gluconolactona y H2O2, mientras que la HRP redujo al H2O2, siendo ésta a su vez regenerada vía la oxidación catalítica de HQ a quinona (Q). Así mismo, la reducción electroquímica a -50,0 mV de Q sobre la superficie del transductor condujo a un incremento de la corriente catódica, en tanto que los MWCNTs facilitaron la transferencia electrónica. Así es que la presencia de HRP y MWCNTs, sumado a un diseño optimizado del biosensor, propiciaron una marcada mejora de la sensibilidad y una reducción del límite de detección. De esta manera, el sensor bienzimático desarrollado exhibe una construcción simple y eficaz que facilita la detección ultrasensible y selectiva de un analito significativo en diagnóstico clínico. Más aún, el diseño mediante RSM sirve como base para difundir el empleo de esta metodología en el diseño racional de (bio)sensores electroquímicos de notable performance analítica.