Materiales compuestos sonogel-carbono-polímeros conductores y sus variantes: procedimiento de fabricación y su aplicación en la constitución de (bio)sensores electroquímicos

Abstract

En esta tesis doctoral se lleva a cabo el desarrollo de materiales de electrodo cerámicos de carbono constituidos por polímeros conductores. Dichos dispositivos son actualmente empleados como sensores químicos en electroanálisis debido a su bajo coste y sencillez.

Existen diferentes tipos de materiales empleados como sensores electroquímicos, destacando el material Sonogel-Carbono, el cual presenta ciertas características que lo hacen idóneo para su aplicación como sensor: inercia química, alta estabilidad en diversos disolventes y baja corriente residual. Además, dada la enorme versatilidad de su proceso de síntesis y fabricación, es posible su modificación a partir de la incorporación de diversos mediadores redox en la red de óxido, dando lugar a un material con mejores prestaciones electroquímicas que el material base.

Por otro lado, los sensores basados en capas de polímeros conductores depositadas sobre distintos sustratros presentan una gran aplicabilidad en electroanálisis. Sin embargo, la contaminación de la película tras sucesivas medidas electroquímicas y su degradación tras su uso continuado son dos inconvenientes a solucionar en las aplicaciones electroanalíticas.

De esta forma, es necesario el planteamiento de nuevos sensores que solventen los inconvenientes anteriormente expuestos. En este sentido, la incorporación del polímero en el interior de la red de óxido permitiría minimizar los fenómenos de degradación y contaminación anteriormente comentados. En concreto, en esta tesis doctoral se han desarrollado materiales basados en dos polímeros conductores usuales en electroanálisis: poli- (3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) y polianilina (PANI). Para su fabricación, se ha llevado a cabo el empleo de ultrasonidos de alta energía sobre la mezcla de reacción, promoviendo la polimerización del monómero y el precursor de silano. Posteriormente, se procede a la adición de polvo de grafito y a la fabricación de los electrodos objetos de estudio. Los materiales de electrodo, cuyas condiciones de síntesis han sido optimizadas mediante diseños de experimentos de tipo factorial, son caracterizados electroquímica y estructuralmente mediante técnicas electroquímicas, espectroscópicas y microscópicas. Además, se lleva a cabo su validación como sensores electroquímicos con analitos de prueba en medios reguladores y matrices reales.

Además de los materiales expuestos, también se abarca en esta tesis doctoral la posibilidad de modificar el proceso de fabricación, lo que daría lugar a numerosos materiales de electrodo susceptibles de uso como sensores electroquímicos. Los resultados derivados de la presente tesis han sido difundidos en revistas de primer cuartil, así como en una patente de invención a nivel nacional.