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El lunes 14 de noviembre de 2022 a las 14.30 hs, Zulma Liliana Moreno Botello , becaria posdoctoral en el INTEQUI- ofrecerá - vía Zoom- un adelanto de su Proyecto posdoctoral:" Desarrollo de dispositivos ópticos basados en Metal-Organic Frameworks (MOFs) para sensado de biomoléculas”. Bajo la dirección de la Dra. Celeste Bernini y la co-dirección de la Dra. Griselda Narda.
Zulma Liliana Moreno Botello: Ingeniera química y Doctora en ingeniería de materiales de la Universidad Industrial de Santander, de Colombia. Becaria posdoctoral CONICET en el grupo de investigación de química inorgánica.
Resumen científico de divulgación
Uno de los principales retos que enfrenta actualmente la humanidad, es el diagnóstico temprano y acertado de los llamados trastornos neurológicos, neurodegenerativos y desórdenes mentales. En los últimos años, los avances en técnicas de biología celular han permitido identificar las causas moleculares que pueden desencadenar trastornos neurológicos. Cuando se altera el equilibrio en los niveles de ciertos neurotransmisores aparecen patologías como la ansiedad, depresión, esquizofrenia, entre otros. La serotonina y la dopamina son sustancias derivadas de los aminoácidos triptófano y tirosina, respectivamente, y los niveles de tales neurotransmisores están implicados en desórdenes neurológicos como Parkinson, Alzheimer o esquizofrenia. Por otra parte, estudios recientes mostraron que los diagnósticos de ansiedad, depresión entre otros, pueden tener un mecanismo común: un exceso en la tasa de liberación del principal neurotransmisor excitatorio del sistema nervioso central, el glutamato.
Lo anterior muestra que es importante detectar y cuantificar ciertas biomoléculas, como los neurotransmisores y aminoácidos, dado que esto permite contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías que apunten a lograr un diagnóstico precoz de enfermedades neurológicas. Los dispositivos que permiten la detección de una biomolécula son denominados biosensores. Particularmente, este plan de trabajo pretende contribuir al diseño de nuevos biosensores constituyendo una prueba de concepto que verifique la hipótesis de que ciertos materiales del tipo metal-orgánicos (MOFs) con propiedades luminiscentes especialmente diseñadas, podrían ser usados en la fabricación de biosensores ópticos.
Los MOFs (Metal Organic Frameworks) son compuestos cristalinos porosos constituidos por iones metálicos que se autoensamblan con ligandos orgánicos multifuncionales, generando redes poliméricas. Los materiales que estudiaremos han sido previamente testeados como sensores ópticos para moléculas de importancia medioambiental (agrotóxicos) y en este plan avanzaremos en estudiar su modificación post-sintesis incorporando moléculas que amplifiquen su poder de detección y/o que los vuelvan más selectivos para la detección de dos aminoácidos de importancia para el sistema nervioso: el ácido glutámico y el GABA (gamma-aminobutírico). Como aproximación al desarrollo de biosensores el estudio implicará la detección de las biomoléculas empleando el material en polvo, como así también fabricaremos dispositivos de capa delgada.
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| Imagen representativa 1. Objetivos del plan de trabajo |
Resumen académico-científico
El diseño racional de sensores químicos requiere un conocimiento exhaustivo de todos los componentes del sistema: 1) el analito, (la molécula blanco); 2) el elemento de reconocimiento, (componente del sensor que reconoce el analito); 3) la señal transductora, definida como el componente del sensor que responde a la presencia del analito con un cambio en la señal; 4) el ambiente (la matriz en la que está inmersa el analito), y 5) otros parámetros experimentales.
Particularmente en este trabajo, se busca estudiar materiales MOFs cuyas propiedades luminiscentes permitan su empleo como biosensores ópticos. Los MOFs (Metal Organic Frameworks) son compuestos cristalinos porosos constituidos por iones metálicos que se autoensamblan con ligandos orgánicos multifuncionales, generando redes poliméricas periódicas de naturaleza orgánico-inorgánica. Específicamente, la obtención de MOFs a base de iones lantánidos resulta apropiado para desarrollar biosensores luminiscentes, ya que las transiciones electrónicas 4f-4f de estos metales son hipersensibles a los cambios químicos del medio dando como resultado la exaltación o el apagado de la luminiscencia del material con la presencia o el cambio en la concentración de ciertas especies químicas. Esto fue observado previamente para el MOF-76 o también denotado como EuBTC, constituído en base a Eu3+ y ácido trimésico (BTC) como ligando, con el cual se pudieron detectar moléculas de agrotóxicos, cuya presencia apagaba la luminiscencia del material.
En este proyecto se sintetizarán materiales con esta misma estructura, empleando Y3+, Eu3+ y Gd3+. Por otro lado, este tipo de materiales tiene la particularidad de poder tratarse térmicamente para remover una molécula de solvente coordinado y de esta manera dar lugar a un sitio de coordinación no saturado CUS (coordinatively unsaturated site). Estos sitios presentan una alta acidez de Lewis, por lo que son fácilmente funcionalizables. Esta estrategia se implementará para modificar el biosensor tendiendo a que sea más selectivo ante las biomoléculas estudiadas. De igual manera, se plantea una etapa de reducción del tamaño de partícula del MOF con la introducción de moduladores como acetato de sodio, con el objetivo de lograr mayor relación superficie/volumen en las partículas, y por consiguiente una mayor accesibilidad a los sitios CUS para la funcionalización, así como también un film más compacto y uniforme en la etapa de deposición por spin-coating para fabricar los dispositivos sensores.
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| Representación esquemática de las etapas y alcances de la metodología de este plan de trabajo |
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