Sistema para la detección de plaguicidas organofosforados basado en carbon dots y acetilcolinesterasa

Abstract

RESUMEN: Con el paso de los años el uso de pesticidas organofosforados ha sido cada vez más evidente y no solo en sectores de producción agrícola, sino también en entornos domésticos. Esto condujo a un uso indebido y excesivo de estos químicos, lo cual trajo consigo una gran contaminación de suelos y fuentes hídricas. La ingesta de estas sustancias por parte del ser humano puede generar una intoxicación con consecuencias importantes a nivel del sistema nervioso, muscular y respiratorio. El siguiente proyecto de investigación pretende plantear un método de desarrollo para un sistema de detección de pesticidas organofosforados en aguas implementando el uso del nanomaterial Carbon dots y a su vez la integración con la enzima acetilcolinesterasa con el fin de ser útil para la detección de estos pesticidas en zonas de difícil acceso, en las cuales no se puede llevar e implementar alta tecnología de detección. Como primera fase del proyecto, se obtuvo un nanomaterial carbonoso con mejoras en sus propiedades físicas, encontrando que la temperatura de congelación previa al proceso de liofilización tiene un efecto directo en la intensidad de fluorescencia de los Carbon dots. Posterior al proceso de desarrolló del sistema de detección en fase sólida de tipo flujo lateral usando la enzima acetilcolinesterasa como biorreceptor y el óxido de grafeno como modulador de la fluorescencia de los Carbon dots se encontró que el método de inmovilización de adsorción es útil para la inmovilización en fase sólida. Finalmente, a través de pruebas experimentales de dicho sistema se evaluó su desempeño frente a las concentraciones mínimas permitidas por la legislación colombiana para pesticidas en aguas de consumo humano. De lo anterior, se obtuvo un sistema de detección en fase sólida de flujo lateral que en la actualidad presenta diversos retos y mejoras ya que no detectó, pero del cual se pudieron plantear mejoras como la utilización de materiales diferentes para el ensamble del ensayo.

ABSTRACT: Over the years, the use of organophosphate pesticides has been increasingly evident not only in agricultural production sectors, but also in domestic environments. This has led to an improper and excessive use of these chemicals, which has resulted in the contamination of soils and water sources. The ingestion of these substances by human beings can generate intoxication with important consequences at the nervous, muscular, and respiratory system level. The following research project aims to propose a development method for a detection system of organophosphorus pesticides in water by implementing the use of the nanomaterial Carbon dots and in turn the integration with the enzyme acetylcholinesterase to be useful for the detection of these pesticides in areas of difficult access, in which it is not possible to carry and implement high detection technology. As a first phase of the project, a carbonaceous nanomaterial with improved physical properties was obtained, finding that the freezing temperature prior to the freeze-drying process has a direct effect on the fluorescence intensity of the carbon dots. After the development process of the lateral flow type solid phase detection system using acetylcholinesterase enzyme as a bioreceptor and graphene oxide as a modulator of carbon dots fluorescence, it was found that the adsorption immobilization method is useful for solid phase immobilization. Finally, through experimental tests of this system, its performance was evaluated against the minimum concentrations allowed by the Colombian legislation for pesticides in water for human consumption. From the above, a lateral flow solidphase detection system was obtained, which currently presents several challenges and improvements since it did not detect, but improvements could be proposed, such as the use of different materials for the assembly of the test.