Sensor molecular
Un sensor molecular és una molècula que interactua en un analito per a produir un canvi detectable. Els sensors moleculars combinen varis factors com el reconeiximent molecular,[1] complementarietat, l'efecte de cooperatividad, l'efecte quelat, autoensamblaje molecular i la selectivitat d'acort al sensor molecular.[2] Recentment s'ha afegit el terme de química analítica supramolecular per a poder descriure millor les aplicacions dels sensors moleculars dins de la química analítica.[3]
Principis dels sensors moleculars
Reconeiximent molecular
El reconeiximent molecular es referix a les interaccions específiques entre dos o més molècules per mig d'enllaços no covalente, tals com ponts d'hidrogen, coordinació metàlica, forces hidrofòbiques,[4] forces de van der Waals, interaccions π-π, enllaços electrofílicas, electroestáticas i/o efectes electromagnètics.[5] Esta propietat s'exhibix en atres com en la complementarietat molecular i el autoensamblaje.
Complementarietat molecular
Esta propietat és molt comuna en els sistemes host-guest, posat a que es referix a que abdós deuen tindre una espècie de mutualitat electrònica que els permeta tindre llocs d'enllaç per a la formació d'una supramolécula en propietats distintes que puguen ser medides i quantificades.
Efecte quelat
És l'acoplament i fixació de múltiples regions donadores del mateix ligante (quelat). Este efecte generalment incrementa la formació de constants relatives a aquells complexos del mateix ion metàlic que contenen ligantes similars que són monodentado en incrementar la dificultat en la que estos poden ser remoguts. És més difícil remoure a un ligante d'un metal si esta adjunt a este centre metàlic en molts llocs a que si esta en un solament, d'igual manera és més difícil que un centre metàlic ixca del centre dels ligantes,[6] lo que és aprofitat per a fer sensors moleculars en notar els canvis que es produïxen quan un quelat atrapa a un ion metàlic i es nota un canvi físic (lluminiscència, fluorescència, color, etc.)
Selectivitat
El sensor molecular deu posseir la característica de ser selectiu per mig de l'aprofitament de morfologia, tamany, càrregues, forces moleculars, etc. En la finalitat de que el sensor detecte lo que es desija analisar.
Autoensamblaje molecular
És la capacitat dels blocs bàsics d'una supramolécula (molècules individuals) per a organisar-se espontàneament sense necessitat d'una intervenció externa. Esta propietat pot ser útil per als sensors moleculars ya que els blocs bàsics es poden autoensamblar per a formar una supramolécula en el analito.[7]
Els sensors moleculars poden detectar tres tipos d'espècies ya siguen ions en càrrega o molècules neutres. Este tipo de sensors estan organisats per grups depenent del tipo de analito que es desija detectar: cationes, aniones i molècules neutres.[8]
Sensors catiónicos
Este tipo de sensors s'han tornat rellevants per a aplicacions ambientals i biològiques. Estos sensors en la seua majoria es basen en la química de coordinació, ya que el catión a ser detectat es comporta com un centre metàlic i el sensor molecular, per mig de l'efecte quelat, forma un complex de coordinació en el catión depenent del seu denticidad i la seua naturalea ligante. Els sensors per a cationes, tendixen a utilisar corones o calixarenos com a receptors, mentres que els receptors de aniones o sals, normalment incorporen corones, calixareno, piridinas o metalocenos com a receptors que tenen amidas (CONH). Les amidas generalment servixen com un enllaç hidrogen donador.[8]
Sensors aniónicos
Els aniones tenen un paper important en els processos químics i biològics, per lo que és important notar la seua presència. La detecció d'este tipo de ions, es pot apreciar en detectar els canvis en l'emissió quàntica, el qual provoca que hi haja un canvi en l'absorció en l'espectre. Els sensors per a aniones normalment que contenen una càrrega positiva neta, aixina agregant un component coulómbico a l'enllaç.[8]
Sensors de molècules neutres
Els sensors desenrollats fins al moment es basen en una reacció química en algun dels grups funcionals presents en la molècula receptora (dosímetros químics), que en algunes ocasions transcorren de manera reversible, encara que involucren la formació d'un enllaç covalente.[8]
Principals tipos de sensors moleculars
Sensors òptics
Un dels canvis més notoris és el color i els canvis que pot tindre. Esta característica del color es deu a l'excitació del núvol d'electrons presents en la superfície de l'espècie. Açò efecte pren orige en la regio UV-visible, que és coneguda com a resonància plasmón superficial (SPR per les seues sigles en anglés).[9] Els sensors moleculars que contenen dispositius òptics, transformen els canvis de fenomen òptic, els quals són el resultat de l'interacció de l'analito en el receptor. Este grup de sensors es pot subdividir d'acort al tipo de propietats òptiques que s'han aplicat en sensors moleculars:[10]
Absorbancia
És medida en un mig transparent, causat per l'absorbancia de l'analito en sí o per la reacció d'alguns indicadors adequats.
Reflectancia
És medida en un mig no transparent, usualment s'usa un indicador immovilisat.
Lluminiscència
Es basa en la medició de l'intensitat de la llum emesa pel sensor molecular.
Fluorescència
Es medix com l'efecte d'emissió causat per irradiació. També, un temple selectiu de fluorescència pot ser la base per als sensors moleculars.
Índex de refracció
Es medix pel grau de canvi que hi ha en la composició de la solució. Deu incloure SPR.
Efecte optotérmico
Basat en la medició de l'efecte tèrmic que es deu a l'absorció de la llum.
Dispersió de llum
Es basa en efectes causats per partícules de tamany definit que es troben en la mostra.
Sensors moleculars electroquímics
Molts dels sensors moleculars electroquímics, es basen en el canvi de les respostes electroquímiques d'ensajos moleculars cap a substàncies electroactivas. Estos sensors transformen l'efecte electroquímic de l'interacció analito-electrodo en una senyal útil. Dits efectes poden ser estimulats de manera elèctrica o poden resultar d'una interacció espontànea a la condició zero-corrent. Es subdividen en:[11]
Sensors voltamétricos
Inclouen dispositius amperométricos, a on la corrent es pot medir en modo AC o DC. Este subgrup pot incloure sensors basats en electrodos químicament inertes, químicament actius i electrodos modificats.
Sensors potenciométricos
En estos, el potencial de l'electrodo indicador (ion-electrodo selectiu i.i. sensor molecular, electrodo redox, electrodo metal/oxido metàlic) és medit a la parell d'un electrodo de referència.
Transistor d'efecte del camp químicament sintetisat (CHEMFET per les seues sigles en anglés)
L'efecte d'interacció entre el analito i el recobriment actiu és transformat en un canvi de corrent emissor-colector. L'interacció entre el analito i el sensor, és des del punt de vista químic, similar a aquells trobats en els sensors potenciométricos de selectius per a ions.
Sensors potenciométricos de gas de electrolito sòlit
Treballen a temperatures altes i són usades per a medir i detectar gasos.
Sensors elèctrics
Es basen en la medició del canvi elèctric causat per l'interacció de l'analito.
Sensors semiconductors d'òxits metàlics
S'usen principalment per a detectar gasos, es basen un procés reversible redox de analitos que contenen components gaseosos.
Sensors semiconductors orgànics
Es basen en l'informació de la transferència de càrrega proveïda pels complexos, els quals modifiquen la densitat del fluix de càrrega.
Sensors conductors electrolítics
Sensors permissibles elèctrics
Sensors termals
Les reaccions químiques poden lliberar calor, degut a que involucra la formació i rompimiento d'enllaços, cada u d'estos enllaços té una característica d'entalpia. També hi ha un efecte fort de calor de la solució dels substrats i productes, particularment espècies carregades. Moltes reaccions enzimàtiques lliberen entre 25 i 100 kJ/mol. Els sensors basats en estos principis, són utilisats com a detectors en cromatografía, i poden ser aplicats en casi totes les reaccions enzimàtiques.[12]
Biosensores
Referències
- ↑ «Luminescent molecular sensors based on analyte coordination to transition-metal complexes».Coordination Chemistry Reviews.233–234
- 341-350.doi:10.1016/S0010-8545(02)00023-1.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ Steed, J.W. (2007). Core concepts in supramolecular chemistry and nanotechnology, John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-85867-7.
- ↑ «Supramolecular Analytical Chemistry».The Journal of Organic Chemistry.72(3)
- 687-699.ISSN 0022-3263.doi:10.1021/jo0617971.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ «The Binding of Benzoarylsulfonamide Ligands to Human Carbonic Anhydrase is Insensitive to Formal Fluorination of the Ligand».Angewandte Chemie International Edition.52(30)
- 7714-7717.ISSN 1521-3773.doi:10.1002/anie.201301813.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ «Macromolecular bioactivity: is it resonant interaction between macromolecules?-theory and applications».IEEE Transactions on Biomedical Engineering.41(12)
- 1101-1114.ISSN 0018-9294.doi:10.1109/10.335859.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ Miesler, Tarr, G.L., D.A. (2011). Inorganic Chemistry, Pearson Prentice Hall.
- ↑ «A Self-Assembled Supramolecular Optical Sensor for Ni(II), Cd(II), and Cr(III)».Organic Letters.6(5)
- 651-653.ISSN 1523-7060.doi:10.1021/ol035587b.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 «Luminescent sensor molecules based on coordinated metals: a review of recent developments».Coordination Chemistry Reviews.205(1)
- 201-228.doi:10.1016/S0010-8545(00)00240-X.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ Ramamurthy, V.; Schanze, Kirk S. (24 de juliol de 2001). Optical Sensors and Switches (en en), CRC Press. ISBN 9780824705718.
- ↑ «Reagentless, Reusable, Ultrasensitive Electrochemical Molecular Beacon Aptasensor».Journal of the American Chemical Society.128(1)
- 117-124.ISSN 0002-7863.doi:10.1021/ja053121d.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ «Chemical sensors: definitions and classification».Pure and Applied Chemistry.63(9)doi:10.1351/pac199163091247.Consultat el 27 de novembre de 2015.
- ↑ «Biomaterials science: an introduction to materials in medicine».Academic press.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Sensor molecular» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.