Principios de análisis instrumental

652 Capítulo 25 Voltametría <« Ánodo de plata en forma de ani llo Capa de so lución de KCI, espesor -1 O ~m Barra aislante Solución de KCl tamponada Cátodo de disco de Pt ~ Membrana permeable al 0 1 , recambiable, -1 O ¡.tm FIGURA 25.18 Sensor de Clark voltamétrico de oxígeno. Reacción en el cátodo: 0 2 + 4H + + 4e - -7 2H 2 0. Reacción en el ánodo: Ag + Cl- -7 AgCl(s) + e- . tra disponible una versión pulsada del sensor de oxígeno que usa el encendido y apagado de pulsos para polarizar el electrodo. Ya que el voltaje de polarización se aplica en una pequeña fracción de tiempo, el consumo de oxígeno se ve reducido y la agitación generalmente no es necesaria. Sensores enzimáticos. A escala comercial se ofrece un cierto número de sensores voltamétricos enzimáticos. Un ejemplo es el sensor de glucosa que se utiliza mucho en los laboratorios clínicos para determinar en forma rutinaria la glucosa en suero sanguíneo. La construcción de este dispositivo es similar a la del sensor de oxígeno que se observa en la figura 25.18. En este caso, la mem– brana es más compleja y consta de tres capas. La externa es una película de policarbonato permeable a la glucosa, pero impermea– ble a las proteínas y a otros constituyentes de la sangre. La capa intermedia es una enzima inmovilizada (véase la sección 23F.2), en este caso glucosa oxidasa. La capa interna es una membrana de acetato de celulosa permeable a moléculas pequeñas, como el peróxido de hidrógeno. Cuando este dispositivo se sumerge en una solución que con– tiene glucosa, ésta se difunde a través de la membrana externa hacia la enzima inmovilizada, donde tiene lugar la reacción cata– lítica siguiente: 1 O glucosa oxidasa G ucosa+ 2 H 2 0 2 + ácido glucónico El peróxido de hidrógeno se difunde a través de la capa interna de la membrana hacia la superficie del electrodo, donde se oxida y se obtiene oxígeno. Es decir, La corriente resultante es directamente proporcional a la concen– tración de glucosa en la solución de analito. Una variación de este tipo de sensor a menudo se observa en los medidores de glucosa que los enfermos de diabetes usan en el hogar. Este instrumento es uno de los de mayor venta en todo el mundo. 19 También hay otros sensores que se basan en mediciones vol– tamétricas del peróxido de hidrógeno producido por oxidacio– nes enzimáticas de otras especies de interés clínico. Entre estos analitos están la sacarosa, la lactosa, el etanol y el L-lactato. Por supuesto, para cada caso se requiere una enzima diferente. En algunos casos los electrodos enzimáticos se basan en la medición del oxigeno o en la del pH, como se explica en la sección 23F.2. Inmunosensores. La precisión de los sensores se logra mediante elementos de reconocimiento molecular que reaccionan exclusi– vamente con el analito. Los anticuerpos son proteínas que poseen una afinidad excepcional hacia ciertos analitos y son los ele– mentos de identificación que se usan con más frecuencia en los inmunosensores. 20 Éstos se fabrican mediante anticuerpos inmovi– lizados que se ubican en la superficie del sensor mediante adsor– ción, enlace covalente, captación de polímeros u otros métodos. Los inmunosensores se usan en una gran variedad de for– matos de ensayo. Uno de los métodos más comunes utiliza dos anticuerpos, uno que está inmovilizado en la superficie del sensor y sirve para capturar el analito objetivo, y uno que está marcado y se usa para detectar el analito capturado (un ensayo de sándwich). Por lo común los radionúclidos se han usado como marcadores en los inmunoensayos, pero ya han sido reemplazados por mar– cadores más convenientes, como las moléculas fluorescentes y las enzimas. Por consiguiente, los inmunosensores pueden usar una variedad de métodos de detección, como técnicas ópticas y electroquímicas. Más recientemente han surgido inmunosensores sin marcadores con base en la resonancia piezoeléctrica (sección 1C.4), del plasmón superficial (sección 2lE.l) y otras estrategias de detección. Wilson y Nie desarrollaron un biosensor amperométrico con el que se determinan proteínas específicas mediante un ensayo de emparedado. 21 Para ello, se inmovili za un anticuerpo aceptable para el analito deseado sobre la superficie de un electrodo. Dicho anticuerpo está inmovilizado por adsorción física. 22 Cuando el electrodo está en contacto con una solución que contiene al analito, se une de preferencia con el anticuerpo. Entonces, el electrodo se enjuaga y se pone en contacto con un segundo anti– cuerpo que ha sido marcado previamente. En este experimento el anticuerpo está marcado con la enzima fosfatasa alcalina, la cual cataliza la conversión de difosfato de hidroquinona en hidroqui– nona. Cuando se aplica un voltaje de 320mV contra Ag-AgCl al electrodo de trabajo, la hidroquinona sufre una oxidación de dos electrones hasta llegar a quinona. La corriente resultante es direc– tamente proporcional a la concentración original del analito. 19 Véase en la figura 33.19 una fotografía de un medidor de glucosa doméstico y en la sección 330.3 un análisis de los distintos analizadores clínicos. 20 Una revisión de los principios y las aplicaciones de los inmunosensores se encuentra en P. B. Luppa, L.). Sokoll y D. W. Chan, Clinica Chimica Acta, 2001,314, p. 1, DOJ: 10.1016/S0009-8981(01)00629-5. 21 M. S. Wilson y W. Nie, Anal. Chem., 2006, 78, p. 2507, DOI: 10.1021 /ac0518452. 22 Para un análisis de los términos y definiciones relacionados con los electro – dos químicamente modificados, véase R. A. Durst, A. ). Baumner, R. W. Murray, R. P. Buck y C. P. Andrieux, Pure and Applied Chemistry, 1997,69, p. 1317, DO!: 10.1351/ pacl99769061317. http://iupac.org/publications/pac/69/6/1317/.