Nanosensores plasmónicos en la detección colorimétrica de algunas bases pirimidínicas y derivados

Abstract

[Resumen:] Los estudios en Nanotecnología han experimentado un crecimiento enorme en los últimos años. Con ello, se han desarrollado nuevos métodos de detección colorimétrica basados en biosensores. El fundamento de la mayoría de estos métodos está en el uso de disoluciones acuosas coloidales de nanopartículas de oro (Au NPs), de diversos tamaños, pero siempre en la escala del nm. Los hidrosoles de Au monodispersos de tamaños inferiores a 20 nm, presentan una intensa banda de absorción centrada en 520 nm, es decir, son de color rojo rubí; mientras que si las nanopartículas se asocian originando agregados coloidales de mayor tamaño, la banda de absorción se desplaza a [Lambda]>650 nm, siendo, por tanto, la disolución de color azul. El cambio de color es fácilmente visible y tiene su origen en la respuesta a la interacción de moléculas de interés biológico con la superficie de las NPs de Au. Si comparamos con la superficie plana del Au macroscópico, las nanoparticulas de Au esféricas permiten, por una parte, aumentar enormemente la velocidad de interacción con moléculas orgánicas; por otra parte, la superficie curva de las nanoparticulas puede acomodar a su alrededor un mayor número de moléculas, y finalmente, la contaminación superficial es prácticamente nula. En definitiva, la respuesta es mucho más intensa, y se produce en tiempos más cortos y no hay saturación del adsorbente. En este trabajo se han optimizado las condiciones para la detección colorimétrica de algunas bases pirimidínicas mediante el uso de nanopartículas de oro. El método se ha aplicado a la detección de uracilo (U) y de sus derivados, 2-tiouracilo (2-TU) y 4- tiouracilo (4-TU), y de citosina (C); los resultados se comparan con los observados para compuestos simples de estructura funcional similar, como es el caso de la urea y de la tiourea (TU). Las estructuras moleculares de estos compuestos se muestran en el esquema 1. Las NPs de Au utilizadas se han sintetizado y caracterizado como parte de este trabajo. La técnica de seguimiento de la adsorción de las bases indicadas en el Esquema 1 con las NPs de Au ha sido la espectroscopía UV-vis. Los resultados obtenidos se explican en base a un mecanismo de interacción entre el adsorbato y la superficie de las Au NPs, analizando las propiedades ácido-base de aquél, así como, su orientación en la superficie. Se determinan los límites de detección colorimétrica, para los casos de interacción positiva. En algunos casos, como con la citosina, ha sido posible seguir la cinética del proceso de quimisorción. Por último, se realiza el estudio de la mayor afinidad de las bases estudiadas por la superficie de las NPs de Au. [Imagen] Esquema 1. Estructuras moleculares de los compuestos estudiados

[Resumo:] Os estudos en Nanotecnoloxía experimentaron un gran crecemento nestes últimos anos. Desenrolaronse novos métodos de detección colorimétrica basados nos biosensores. O fundamento da maioría destes métodos está no uso de disolucións acuosas coloidais de nanopartículas de ouro (Au NPs), de diversos tamaños, pero sempre na escala do nm. Os hidrosois de Au monodispersos de tamaños inferiores a 20 nm, presentan unha intensa banda de absorción centrada en 520 nm, é dicir, son de cor vermello rubí; mentres que as nanopartículas asocianse orixinando agregados coloidais de maior tamaño, a banda de absorción desplazase a [Lambda] >650 nm, sendo, polo tanto, a disolución de cor azul. O cambio da cor é facilmente visible e ten a súa orixen na resposta á interacción de moléculas de interese biolóxico coa superficie das NPs de Au. Se o comparásemos coa superficie plana do Au macroscópico, as nanopartículas de Au esféricas permiten, por unha parte, aumentar enormemente a velocidade de interacción con moléculas orgánicas; por outra parte, a superficie curva das nanopartículas pode acomodarse en torno a un maior número de moléculas, e finalmente, a contaminación superficial é practicamente nula. En definitiva, a resposta é moito mais intensa, e prodúcese en tempos mais cortos e non hai saturación do adsorbente. Neste traballo optimizáronse as condicións para a detección colorimétrica dalgunhas bases pirimidínicas mediante o uso de nanopartículas de ouro. O método aplicase á detección de uracilo (U) e dos seus derivados, 2.tiouracilo (2-TU) e 4- tiouracilo (4-TU), e citosina (C); os resultados comparanse cos observados para compostas mais simples de estrutura funcional semellante, como é o caso da urea e da tiourea (TU). As estructuras moleculares destes compostos móstranse no esquema 1. Las NPs de Au utilizadas sintetizáronse e caracterizáronse como parte deste traballo. A técnica de seguemento da adsorción das bases indicadas no Esquema 1 coas NPs de Au foi a espectroscopía UV-vis. Os resultados obtidos explícanse en base a un mecanismo de interacción entre adsorbato e a superficie das AuNPs, analizando as propiedades ácido-base, así como, su orientación na superficie. Determínanse os límites de detección colorimétrica, para os casos de interacción positiva. Nalgúns casos, como coa citosina, foi posible seguir a cinética do proceso de quimisorción. Por último, realizase o estudo da maior adinidade das bases estudadas pola superficie das NPs de Au. [Imagen] Esquema 1. Estruturas moleculares dos compostos estudados

[Abstract:] Studies in nanotechnology has experienced an enormous growth in recent years. This has led to the development of new methods of colorimetric detection based on biosensors. The foundation of most of these methods is on the usage aqueous solutions of colloidal gold nanoparticles (AuNPs) of different sizes, but always in the nm scale. Monodisperse gold hydrosols lower than 20 nm sizes, have an intense absorption band centered at 520 nm, that is to say, are ruby red; whereas if the nanoparticles are associated causing colloidal aggregates larger, the absorption band shifts to> 650nm, being therefore the solution blue. The color change is easily visible and originates in response to the interaction of biological molecules with the surface of AuNPs. Comparing with the flat surface of macroscopic gold, gold spherical nanoparticles allow, on the one hand, greatly speed of interaction with organic molecules; moreover, the curved surface of the nanoparticles can accommodate around a greater number of molecules, and finally, the surface contamination is negligible. In short, the answer is much more intense and produce in shorter times and no saturation of the adsorbent. In this work we have optimized the conditions for colorimetric detection of some pyrimidine bases by using gold nanoparticles. The method has been applied to the detection of uracil (U) and its derivatives, 2-thiouracil (2-TU) and 4-thiouracil (4-TU), and cytosine (C); the results are compared with those observed for single compounds of similar functional structure, such as urea and thiourea (TU). The molecular structures of these compounds are shown in scheme 1. The AuNPs used are as been synthesized and characterized part of this work. Siguimiento technique adsorption of the bases shown in Scheme 1 with AuNPs has been UV-vis spectroscopy. The results obtained are explained based on a mechanism of interaction between the adsorbate and the surface of AuNPs analyzing the acid-base properties of that and its orientation on the surface. The limits of colorimetric detection are determined for the cases of positive interaction. In some cases, such as cytosine, it has been possible to follow the kinetics of chemisorption process. Finally, the study of higher affinity bases studied by the surface of AuNPs is performed. [Imagen] Scheme 1. Molecular structures of the compounds studied