Desarrollo de un material funcional para la detección de Pb(II) en agua, por medio de un sistema con base en la intensidad de fluorescencia

Abstract

Este trabajo presenta el desarrollo de un nanobiosensor óptico (NBS), fácil de usar y con alta especificidad para Pb(II), para ello se trabajó con un material activo compuesto de nanofibras de celulosa bacteriana y un nanobiosensor para detectar ion plomo en agua. Los nanopapeles activos fueron fabricados mediante impregnación in situ. El nanobiosensor incorporado fue formulado a partir de quantum dots de cadmio-teluro (QDs), los que fueron funcionalizados con un aptámero específico que se une al Pb(II), el que a su vez, está unido a una secuencia parcialmente complementaria que contiene un apagador de fluorescencia. La presencia y cuantificación de Pb(II) fue seguido mediante cambios en la intensidad de fluorescencia del NBS, donde, en presencia de Pb(II), el apagador es desplazado de las cercanías del QDs, permitiendo la emisión de fluorescencia de manera directamente proporcional. Finalmente, este cambio es seguido mediante imagenología por análisis de fotografías adquiridas por smartphone. Las condiciones que generaron un correcto funcionamiento del NBS fueron utilizando 3nmol de aptámero funcionalizado con 1mg/ml de QDs (peak emisión 590nm), una proporción aptámero quencher de 1:3, una concentración final de nanobiosensor de 30 µg/ml (con respecto a la concentración inicial de QDs) y un tratamiento previo al análisis por imagen de 70°C por 10 minutos. Por su parte, se observó que al funcionalizar papeles denanocelulosa bacteriana con QDs de Cd/Te, las nanopartículas no perdieron su propiedad fotoluminiscente, donde, se obtuvo una mayor retención de los quantum dots en los papeles de nanocelulosa bacteriana, al suspender los nanoparpeles en soluciones de etanol al 10%. Estos resultados permiten dar luces de una futura aplicación para la detección de metales pesados en matrices liquidas utilizando sistemas tecnológicos y portables de medición in situ de contaminantes.

This work presents the development of an optical nanobiosensor (NBS), easy to use and with high specificity for Pb(II), for this we worked with an active material composed of bacterial cellulose nanofibers and a nanobiosensor to detect lead ion in water. Active nanopapers were manufactured by impregnation in situ. The incorporated nanobiosensor was formulated from cadmium-tellurium quantum dots (QDs), which were functionalized with a specific aptamer that binds to Pb(II), which in turn, is linked to a partially complementary sequence that contains a fluorescence quencher. The presence and quantification of Pb(II) was followed by changes in the fluorescence intensity of the NBS, where, in the presence of Pb(II), the quencher is displaced from the vicinity of the QDs, allowing the emission of fluorescence in a directly proportional way. Finally, this change is followed by imaging analysis of photographs acquired by smartphone. The conditions that generated a correct functioning of the NBS were using 3nmol of functionalized aptamer with 1 mg/ml of QDs (peak emission 590nm), a quencher aptamer ratio of 1:3, a final concentration of nanobiosensor of 30 µg/ml (with respect to the initial concentration of QDs) and a pre-imaging treatment of 70 °C for 10 minutes. On the other hand, it was observed that when functionalizing bacterial nanocellulose papers with Cd/Te QDs, the nanoparticles did not lose their photoluminescent property, where a greater retention of quantum dots was obtained in the bacterial nanocellulose papers, by suspending the nano papers in 10% ethanol solutions. These results provide insight into a future application for the detection of heavy metals in liquid matrices using technological and portable systems for in situ measurement of contaminants.