Este artículo es un resumen de la tesis doctoral “Graphene-based nanomaterials innovative tools in electrochemical and microfluidic (bio-)-sensing and in micromotors design”, que resultó galardonada con el premio Enrique Fuentes Quintana en Ciencias de la Salud en su convocatoria 2015-2016. En la tesis se explica cómo el grafeno –en sus distintas variantes y formas químicas– ha demostrado ser un material extraordinario en el diseño y desarrollo de herramientas analíticas de vanguardia tales como sensores, biosensores y sistemas microfluídicos electroquímicos, así como en las nuevas herramientas nanotecnológicas, los micromotores, para la resolución de problemas analíticos.
El hilo conductor de este trabajo fue la exploración de las propiedades del grafeno —material basado en una lámina de átomos de carbono con propiedades extraordinarias como son una elevada superficie específica, una alta conductividad eléctrica y una extraordinaria elasticidad— como nueva herramienta en el desarrollo de sensores y biosensores electroquímicos —dispositivos capaces de medir moléculas de manera selectiva— utilizando plataformas microfluídicas —sistemas miniaturizados y portables con bajo consumo de muestra y de reactivos— y en el diseño y desarrollo de micromotores —pequeñas máquinas capaces de transformar energía en movimiento—.
En primer lugar se encontró que las nanocintas de grafeno —oxidadas y reducidas químicamente— demostraron ser unos nanomateriales muy adecuados debido a su química rica en defectos en comparación con el grafeno ideal —conceptualmente constituido por una lámina carbonácea perfecta—. Asimismo, se encontraron evidencias de la influencia que ejerce la química de funcionalización en la detección electroquímica de las moléculas diana con arreglo a su estructura química. Este hecho condujo al diseño de nanocintas de grafeno con química de funcionalización dirigida a una detección electroquímica mejorada dependiendo de la estructura química del analito.
De tal manera, la reactividad (abundancia de defectos) y las propiedades inherentes de las nanocintas de grafeno —elevada superficie específica y excelente conductividad eléctrica— demostraron ejercer un papel predominante en el diseño y en el desarrollo de estrategias de sensado y biosensado electroquímico mejorando los análisis en términos de selectividad, sensibilidad y reproducibilidad.
Por todo ello, se desarrollaron dispositivos de respuesta rápida, utilizando estas nanocintas de grafeno, desechables, y portables, que utilizaban bajos volúmenes de muestra y bajo consumo de reactivos. Y se aplicaron en la detección de marcadores de enfermedades de elevada importancia clínica como son el ácido úrico y los D-amino ácidos, respectivamente, en orina.
Estos hallazgos hacen prever un futuro muy prometedor para el desarrollo de nuevos sensores móviles.
En segundo lugar, se utilizaron sistemas microfluídicos, que proporcionaron análisis rápidos, bajo consumo de muestra y reactivos, portabilidad y control de fluidos en la microescala. Y se demostró que el grafeno (grafeno reducido químicamente) era un nanomaterial excelente para la construcción de transductores electroquímicos acoplados a microchips analíticos. Permitió un aumento de sensibilidad y una elevada reproducibilidad. Y todo ello conllevó al desarrollo de aplicaciones innovadoras de biosensado basadas en la resolución enantiomérica y detección selectiva de D-amino ácidos con relevancia clínica en enfermedades importantes como el Vibrio cholerae.
Por otra parte, se diseñaron, caracterizaron y desarrollaron nuevos detectores electroquímicos constituidos exclusivamente por grafeno, que se extendió de forma natural a otros nanomateriales de carbono como son los nanotubos. La simple filtración del nanomaterial y su adecuada disposición sobre soportes flexibles no conductores, permitió desarrollar nuevos transductores para microfluídica electroquímica constituidos exclusivamente por el nanomaterial. Ello supuesto ser el punto inicial para el desarrollo de aplicaciones tal y como es la detección rápida y fiable de marcadores fenólicos en aceite de oliva.
En tercer lugar, se demostró el uso del grafeno en la construcción de micromotores capaces de moverse a través de reacciones químicas con el entorno acuoso en el que se encuentran. La elevada superficie del grafeno, pudo mejorar la propulsión de estos micromotores, mejorando su velocidad y eficacia. Igualmente se desarrollaron nuevos motores propulsados tras la aplicación de pulsos de ultrasonidos en la aplicación del cañón más pequeño del mundo.
Estos hallazgos hacen prever un futuro muy prometedor para el desarrollo de nuevos sensores móviles capaces de navegar en pequeñas cantidades de muestra.
