Diseño de la etapa de biorrecepción-transducción de un biosensor para cuantificación de colesterol LDL

Abstract

Los biosensores de colesterol LDL (Low Density Lipoprotein), son dispositivos que se utilizan para detectar y medir los niveles de lipoproteína de baja densidad (LDL) en la sangre. El colesterol LDL es comúnmente conocido como "colesterol malo" y su exceso en la sangre se ha relacionado con un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares; los biosensores de colesterol presentan falencias en el diseño de la etapa de biorrecepción transducción, ya que los biorreceptores presentan interacción inespecífica o problemas de impedimento estérico y degradación permanentemente de la superficie de los electrodos. Por lo anterior, el presente proyecto tuvo como propósito la identificación del mejor biorreceptor para hacer el reconocimiento del colesterol LDL, así como las características físicas y químicas de los materiales con las que se debía contar y configuración del electrodo.

Para ello, se desarrolló la priorización de requerimientos por medio del despliegue de la función de la calidad con el fin de jerarquizar los requerimientos funcionales que tenían incidencia en el diseño de la etapa de biorrecepción transducción. A continuación, se establecieron las alternativas de biorreceptor las cuales fueron evaluadas por medio del desarrollo de modelamiento molecular. Al desarrollar una matriz de decisión ponderada se encontró que la mejor opción era el péptido GlyCysSerAspGlu esto ya que este mostró una mayor especificidad hacia el colesterol LDL, una alta selectividad y estabilidad al momento de inmovilizar. Así mismo se encontró que el electrodo serigrafiado presenta mejores características en cuanto a área superficial, estabilidad de la señal y sensibilidad que otros. Por otra parte, se estableció que el mejor material, debido a sus características químicas, físicas y biológicas para el electrodo de trabajo, fueron los nanotubos de carbono; de igual manera se escogió que el método de inmovilización que más se adaptaba a los componentes químicos del sistema era N,N’-carbonil diimidazol el cual forma un enlace amida entre los nanotubos de carbono y el péptido.

Finalmente se desarrolló una serie de simulaciones electroquímicas con el fin de evaluar la señal producto de la etapa de biorrecepción transducción diseñada. Por lo cual se utilizó el software FEATool Multiphysics y Matlab para resolver las ecuaciones de Butler-Volmer y Ley de Fick. Al momento de evaluar la etapa se establecieron variaciones de concentración en el tiempo, constante de velocidad heterogénea para la transferencia de electrones, concentración máxima y mínima cuantificable, entre otras. Con lo anterior, se encontró que las señales de corriente que se presentan para cada una de las diferentes concentraciones mostraron un pico de corriente máximo con diferencias significativas entre las misma. Lo cual muestra una buena sensibilidad y una notable relación entre la corriente y la identificación del analito. Así mismo, se resalta que el diseño propuesto puede llegar a generar una señal leíble para las concentraciones mínimas y máximas (1,8 µM y 6,5 µM) que un biosensor de colesterol LDL debería de tener. A su vez se estableció que posiblemente la reacción de oxidó reducción que se produce en el biosensor corresponde a una constante de velocidad heterogénea para la transferencia de electrones de 1x10^(-3) cm/s.