| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| TAILOR-MADE MOLECULARLY IMPRINTED POLYMERS AND THEIR ANALYTICAL APPLICATIONS | | Autor/a | Tan, Lei | | Departamento | Química Analítica, Química Física e Ingeniería Química | | Director/a | Marina Alegre, María Luisa | | Codirector/a | Jiang , Zhengjin | | Fecha de defensa | 09-05-2023 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Química (RD 99/2011) | | Mención internacional | Sí | | Resumen | A pesar del rápido desarrollo de diferentes fuentes de ionización y de espectrómetros de masas de alta resolución, sigue siendo muy necesario realizar la preparación de la muestra para separar y concentrar los compuestos objeto de estudio a partir de muestras complejas antes de llevar a cabo su análisis. La extracción en fase sólida (SPE) es el método de preparación de muestra más ampliamente utilizado para extraer y purificar compuestos a partir de matrices líquidas o sólidas. Sin embargo, los adsorbentes tradicionalmente empleados en SPE se basan en interacciones hidrofóbicas o polares que a menudo causan la coextracción parcial de sustancias interferentes. Los receptores naturales tales como anticuerpos o enzimas se han usado como inmunoadsorbentes para mejorar la afinidad y selectividad de los analitos. No obstante, el desarrollo de estos receptores naturales es cargo y lento, y su tiempo de vida y campos de aplicación son limitados. Una estrategia alternativa para desarrollar receptores sintéticos artificiales es la tecnología de impresión molecular. Esta tecnología permite la preparación de polímeros de impresión molecular (MIPs) que poseen cavidades específicas diseñadas para las moléculas plantilla objeto de estudio.
Inspirados en el hecho de que un anticuerpo reconoce el epitopo del antígeno en vez de su estructura completa, en este trabajo de investigación se seleccionó la parte glicosilada de la teicoplanina como plantilla, el ácido 4-vinilfenilboronico y el metil metacrilato como monómeros funcionales, y el divinilbenceno como agente entrecruzante para sintetizar microesferas poliméricas de impresión molecular via co-polimerización por precipitación. Las microesferas de impresión glicosiladas pueden capturar selectivamente antibióticos glicopéptidos en disoluciones acuosas cuando el pH del medio que las rodea es 9.0 y el antibiótico capturado puede ser liberado reversiblemente cuando el pH cae por debajo de 4.0. Este mecanismo de captura y liberación controlado por el pH permite atrapar antibióticos glicopéptidos en medios ligeramente básicos, dejarlos atrapados en condiciones de pH neutro, y eluirlos en medio ácido. En esta Tesis Doctoral, se capturaron selectivamente cinco componentes de la teicoplanina empleando las microesferas glicosiladas preparadas como adsorbentes para SPE, y a continuación se determinaron mediante cromatografía líquida de ultra-alta resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem. Finalmente, el método se validó para asegurar su exactitud y reproducibilidad en la determinación de teicoplanina en muestras alimentarias y biológicas alcanzándose límites de cuantificación de 0.1 μg/kg, 0.5 μg/L and 1.0 μg/L para muestras de leche, orina y plasma, respectivamente.
Los antibióticos glicopéptidos son armas críticas frente a bacterias Gram-positivas resistentes y, por tanto, el desarrollo de métodos analíticos para su determinación es esencial. En esta Tesis Doctoral, con el fin de extender el ámbito de los materiales mesoporosos de impresión molecular al reconocimiento de moléculas grandes tales como proteínas y péptidos, se seleccionó la parte glicosilada de los antibióticos glicopéptidos como plantilla y se sintetizó un monómero funcional ácido borónico por reacción de química clic para preparar microesferas mesoporosas impresas glicosiladas. Sobre la base de la afinidad boronato, la molécula plantilla y el monómero funcional formaron una estructura autoensamblada que se incorporó a la red de sílice durante la polimerización. La eliminación de la parte glicosilada creó cavidades con grupos ácido borónico covalentemente unidos a los poros de las paredes de las microesferas mesoporosas impresas glicosiladas. Las microesferas resultantes mostraron una forma esférica regular, distribución de tamaño estrecha y estructura porosa, y exhibieron una alta capacidad de adsorción y una rápida cinética de adsorción. El efecto de exclusión por tamaño de la estructura mesoporosa impide la entrada de moléculas grandes a las cavidades mientras que las cavidades impresas glicosiladas proporcionan selectividad hacia los antibióticos glicopéptidos. Las microesferas mesoporosas impresas glicosiladas se emplearon para separar seis antibióticos glicopéptidos en muestras de suero que fueron determinados por cromatografía líquida de alta eficacia acoplada a espectrometría de masas en tándem. El método propuesto dio lugar a una linealidad satisfactoria en el intervalo de 0.1 a 20.0 μg/L, demostrando tener un gran potencial para la determinación de antibióticos glicopéptidos en muestras de suero.
La identificación errónea y la ingestión accidental de hongos venenosos silvestres son la principal causa de muerte en emergencias de salud pública por envenenamiento de origen alimentario. La detección de toxinas es crítica para un diagnóstico concreto y para la determinación de la exposición y la severidad del tratamiento clínico. En este trabajo de investigación se sintetizó un monómero funcional vinilo modificado por β-ciclodextrina y la parte típica común a las cinco toxinas amanita se utilizó como plantilla para la preparación de MIPs. Se emplearon cálculos químicos para evaluar y describir las interacciones de enlace entre la molécula plantilla y los monómeros funcionales. Se optimizaron las condiciones de preparación y los MIPs resultantes se caracterizaron y se emplearon como adsorbentes para SPE. Las condiciones para SPE, incluyendo la cantidad de adsorbente, la disolución extractante y la disolución eluyente, se investigaron y optimizaron para llevar a cabo el enriquecimiento y la separación de toxinas. La detección altamente sensible de las toxinas se llevó a cabo por cromatografía líquida de ultra-alta eficacia acoplada a espectrometría de masas en tándem. Los límites de detección alcanzados estaban comprendidos entre 0.34-0.42 μg/L, 0.16-0.33 μg/L, y 0.035-0.056 μg/kg para las cinco toxinas en suero, orina y muestras de hígado, respectivamente. El método fue aplicadotambién a la determinación de toxinas amanita en muestras clínicas y demostró su gran potencial para el diagnóstico de envenenamiento por hongos. |
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