Diferenciación y detección de nanomateriales sintéticos por métodos ópticos empleando sensores (supra) moleculares

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2022La necesidad de generar estrategias analíticas sensibles, simples y económicas para la determinación de nanopartículas metálicas sintéticas (NP), principalmente de oro y de plata, motivó el desarrollo de esta tesis. Inicialmente, la tesis se centra en resolver algunos problemas característicos del trabajo con nanomateriales sintéticos, como la baja reproducibilidad lote a lote o la falta de algoritmos adecuados para la estimación de la concentración de sistemas complejos, como aquellos que presentan morfologías no esféricas o mezclas de morfologías. Posteriormente, nos enfocamos en el estudio de las interacciones que se establecen entre las nanopartículas metálicas y algunos sensores moleculares. En función de la distancia entre una sonda fluorescente y una nanopartícula metálica es posible modular la emisión de fluorescencia de la sonda y, en consecuencia, existe la posibilidad de desarrollar un método analítico para la detección y cuantificación de estas nanopartículas. El conocimiento adquirido en ese sentido nos permitió expandir la estrategia hacia el desarrollo de metodologías multivariadas de segundo orden, para la detección y cuantificación simultánea de este tipo de analitos en muestras de agua de río y de red domiciliaria. En el Capítulo 1 se introducen los conceptos más importantes necesarios para una mejor comprensión de los resultados. En primer lugar, se presenta la problemática de los nanomateriales como contaminantes emergentes como consecuencia de su extendido uso, se describe la particularidad de las nanopartículas metálicas como analitos y se mencionan algunos de los principales métodos para su detección y cuantificación actualmente disponibles. Luego se describe la naturaleza, propiedades de las nanopartículas metálicas, y las estrategias sintéticas más relevantes. Finalmente, se presentan las metodologías que se emplean con mayor frecuencia para la caracterización de nanopartículas metálicas. En el Capítulo 2 se efectúa un análisis más profundo de la problemática de los nanomateriales sintéticos en el ambiente. Luego, se plantea la estrategia propuesta para la detección y cuantificación de nanopartículas metálicas empleando sensores moleculares. Finalmente, se plantean los objetivos de este trabajo de tesis y la organización de los resultados obtenidos. En el Capítulo 3 se detalla la optimización de la síntesis de nanopartículas de plata estabilizadas con ácido gálico, mediante el empleo de una metodología quimiométrica, con el objetivo de mejorar la reproducibilidad lote a lote. También se presenta la caracterización de dichas NP, y los ensayos de reproducibilidad pertinentes. En el Capítulo 4 se describe el desarrollo de una metodología sintética one-pot de nanovarillas de plata en ausencia de agentes directores como surfactantes, junto a la caracterización de las mismas. Además, se presenta un algoritmo para la estimación de la concentración de sistemas polidispersos de nanopartículas multiforma. En el Capítulo 5 se discute el desarrollo de un nuevo método analítico para la detección y cuantificación individual de NP de oro y plata (AgNP y AuNP), a partir de la interacción del nanomaterial con carbazol, como sensor molecular. El capítulo abarca la caracterización de los componentes individuales del sistema híbrido NPfluoróforo, y los estudios de interacción y determinación de parámetros analíticos de validación (límite de detección y cuantificación, selectividad, precisión y exactitud, recuperación) de la metodología propuesta. En el Capítulo 6 se desarrolla, a partir de calibración de segundo orden y datos de fluorescencia a dos vías, una nueva metodología analítica multivariada para la cuantificación simultánea de AgNP y AuNP. También se determinan los parámetros analíticos (límite de detección, límite de cuantificación, ensayos de recuperación, exactitud y precisión) del método propuesto. En el Capítulo 7 se exponen las conclusiones generales de este trabajo de tesis de doctorado. Finalmente, en los Anexos A, B, C y D se describen algunos aspectos que pueden ser necesarios para la interpretación de algunos resultados. Específicamente se discuten conceptos de análisis de la varianza (ANOVA) en diseño experimental, la estimación de la concentración de nanopartículas metálicas empleando un algoritmo denominado NANoPoLC, conceptos básicos de fluorescencia (que constituye la técnica instrumental empleada en las metodologías analíticas propuestas en esta tesis), y de validación de métodos analíticos en calibración univariada, respectivamente.2024-04-30Fil: Nuñez, Rodrigo Nicolás. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina