| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| NANOMATERIALES DE CARBONO Y ARCILLAS PARA LA DETERMINACIÓN DE COMPUESTOS DE INTERÉS BIOLÓGICO | | Autor/a | Gutiérrez Fernández, Lucía | | Departamento | Química Analítica, Química Física e Ingeniería Química | | Director/a | San Andrés Lledó, María Paz | | Codirector/a | Díez Pascual, Ana María | | Fecha de depósito | 24-07-2024 | | Periodo de exposición pública | 25 de julio a 9 de septiembre de 2024 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Programa | Química (RD 99/2011) | | Mención internacional | Solicitada | | Resumen | Los avances en la ciencia han propiciado el estudio de compuestos novedosos, con un tamaño inferior a 100 nm al menos en una dimensión y propiedades peculiares, que se agrupan bajo el nombre de nanomateriales y pueden emplearse en diferentes áreas. Este es el caso del grafeno, uno de los principales compuestos empleados en esta Tesis Doctoral. Este nanomaterial, que se obtiene a partir de la exfoliación del grafito, presenta excepcionales propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas, entre otras.
Una de las características más interesantes del grafeno es su elevada área superficial específica, lo que unido a su estructura bidimensional plana, le permite interaccionar con gran cantidad de compuestos. Se ha aprovechado esta característica del grafeno para el desarrollo de un método que permite determinar compuestos de interés biológico.
Los compuestos de interés biológico estudiados en esta Tesis han sido el triptófano y la melatonina, dos moléculas imprescindibles para la vida, presentes en el organismo de seres vivos y en plantas. El triptófano es un aminoácido esencial, precursor de la melatonina, que es una hormona. Ambos compuestos presentan fluorescencia nativa y regulan diferentes funcionamientos del organismo, como son el humor, el sueño y el ritmo circadiano. Ambas moléculas pueden encontrarse en diversas muestras alimentarias, como leches, cerveza, uvas, o plantas determinadas.
La técnica de extracción de triptófano y melatonina propuesta es la extracción en fase sólida dispersiva (dSPE), y su determinación se ha llevado a cabo por fluorescencia. El grafeno no puede emplearse directamente como sorbente debido a su ligereza, que impide su manipulación en el proceso. Por esta razón se han empleado arcillas, como la sepiolita y la bentonita, mezcladas con este nanomaterial para ejercer de soporte, obteniéndose materiales con diferentes polaridades, y por tanto, con distintas propiedades y estructuras. Estas mezclas se han empleado como sorbentes en el proceso de dSPE. Se han investigado las propiedades de las mezclas preparadas, teniendo en cuenta los diferentes porcentajes de grafeno empleados y las distintas estructuras de las arcillas.
Se ha estudiado la fluorescencia del triptófano y la melatonina en diversos medios y su retención en las mezclas sólidas previamente preparadas. En el caso del triptófano se han empleado porcentajes de hasta un 30% p/p de grafeno, a diferentes pH del medio (6 y 10). Para la melatonina, el porcentaje más alto de grafeno estudiado ha sido del 10% p/p. Una vez seleccionadas las condiciones óptimas de retención para cada compuesto, se ha estudiado el proceso de desorción.
La desorción de estos compuestos se lleva a cabo comúnmente con disolventes orgánicos, como el metanol, que dan lugar a buenos resultados pero no son los más adecuados en términos de sostenibilidad y toxicidad. En esta Tesis, se ha buscado una alternativa más sostenible. La desorción se ha llevado a cabo con disoluciones acuosas de tensioactivos de diferente naturaleza, en particular con CTAB, CTAC, SDS y Brij L23. Tras probar con diferentes concentraciones, se ha encontrado que el tensioactivo que mejores resultados proporciona es el Brij L23, ofreciendo incluso la posibilidad de realizar preconcentraciones en el análisis de la melatonina.
Una vez optimizadas las condiciones del método completo, este se ha aplicado a diferentes muestras comerciales alimentarias. En el caso del triptófano, se ha determinado en muestras de cerveza, pero el método de dSPE desarrollado no se pudo aplicar debido a la presencia de interferencias. Estas no se eliminan en la extracción con las mezclas grafeno/arcilla, por lo que se ha propuesto un método de determinación más sencillo que el desarrollado. Así, se ha empleado bentonita pura para la limpieza de la matriz de la muestra en un solo paso, y tras esto se ha determinado el triptófano directamente por fluorescencia. La melatonina se ha determinado en muestras de té. Algunas de ellas ya contenían melatonina inicialmente, mientras que a otras se les ha añadido una concentración conocida de ésta. Los resultados se han comparado con aquellos obtenidos por otra técnica, que es el análisis por cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC).
Así mismo, se ha observado la morfología superficial de las mezclas de grafeno y arcillas preparadas, analizándolas mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM). Se han comparado las morfologías observadas en las imágenes obtenidas a diferentes aumentos.
Con la finalidad de estudiar más exhaustivamente la interacción del grafeno y el tensioactivo con el triptófano y la melatonina, se han preparado dispersiones de este nanomaterial en disoluciones acuosas de Brij L23. Se han realizado medidas de fluorescencia añadiendo concentraciones conocidas y constantes de triptófano o melatonina, y variando las de grafeno y el tensioactivo en la dispersión. Los resultados obtenidos se han ajustado a la ecuación de Stern-Volmer, que muestra la disminución de la intensidad de fluorescencia al aumentar la concentración de grafeno, y por tanto, la interacción entre los compuestos con el grafeno.
Se puede deducir de los resultados que el grafeno quenchea, es decir, atenúa la intensidad de fluorescencia de ambos compuestos, en especial la de la melatonina, donde el mayor descenso de la intensidad de fluorescencia indica una interacción más fuerte con el nanomaterial.
Por otra parte, se ha determinado la incertidumbre asociada a la determinación de melatonina con el método de extracción mediante dSPE y análisis por HPLC en muestras de té. Se pueden aplicar dos posibles aproximaciones para evaluar la incertidumbre: bottom-up y top-down. En este caso se ha elegido la aproximación “top-down”, puesto que es más simple y requiere menos datos experimentales para obtener conclusiones. Se ha demostrado que una aproximación teórica, que se basa principalmente en el estudio de la incertidumbre asociada a la precisión, a la recuperación y a componentes relacionados con la calibración, ofrece datos válidos y de calidad. Los resultados han indicado cuáles son las mayores fuentes de incertidumbre asociadas al método de análisis y qué puntos podrían modificarse para obtener un menor valor de la incertidumbre, todo desde un enfoque teórico. |
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