Diseño, construcción y evaluación de analizadores miniaturizados para su aplicación aeroespacial, medioambiental, alimentaria, biomédica e industrial /
- Autores: Antonio Calvo
- Directores de la Tesis: Julián Alonso Chamarro (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Bartrolí i Molins (presid.), Cecilia Jimenez Jorquera (secret.), José Luís Costa Lima (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Química
- Materias:
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- Resumen
La gran demanda de información en tiempo real, in situ y de calidad, para llevar a cabo el control y la monitorización de múltiples parámetros (bio)químicos en ámbitos como el aeroespacial, medioambiental, industrial, alimentario o biomédico, ha fomentado en los últimos años el desarrollo de instrumentación analítica con un alto nivel de integración, miniaturización y automatización. De esta manera, han aparecido los denominados microsistemas de análisis total (µTAS) o Lab-on-a-Chip (LOC).
Así, el trabajo realizado en esta tesis tiene como objetivo principal el desarrollo de microanalizadores automatizados, usando las tecnologías LTCC y de polímeros, para la determinación, mediante medidas potenciométricas y ópticas, de diversos parámetros químicos, en aplicaciones seleccionadas, donde la miniaturización es condición indispensable para poder abordar el problema. Para ello, se han diseñado, construido y evaluado microsistemas donde se han integrado diferentes operaciones unitarias del procedimiento analítico, imprescindibles para la realización de este.
Así, en primer lugar se presentan tres dispositivos analíticos desarrollados en el marco de dos proyectos financiados por la Agencia Espacial Europea (ESA) con el objetivo de desarrollar analizadores para monitorizar el proceso de reciclado de agua, y la calidad de esta, en misiones espaciales tripuladas de larga duración. El primero de ellos es un microanalizador potenciométrico robusto, basado en la tecnología LTCC, para monitorizar simultáneamente la presencia de iones potasio y nitrato usando la técnica FIA. El microdispositivo integra, monolíticamente, la microfluídica y el sistema de detección, basado en dos ESIs de membrana polimérica, uno para potasio y otro para nitrato, y un electrodo de referencia de Ag/AgCl serigrafiado. El segundo de ellos, mejora las prestaciones del primero y consiste en un microanalizador, fabricado en COC, para la monitorización simultánea de iones potasio, cloruro y nitrato. Este nuevo dispositivo minimiza la interferencia de cloruro sobre el electrodo de nitrato y miniaturiza y automatiza el sistema de gestión de fluidos incorporando microbombas y microválvulas. El último de ellos es un microanalizador potenciométrico robusto y altamente selectivo fabricado en COC para la determinación de ión amonio. Este integra la microfluídica, un módulo de difusión gaseosa y el sistema de detección en un único sustrato monolítico. El módulo de difusión gaseosa lo compone una membrana hidrófoba de PVDF y el sistema de detección potenciométrico está formado por un electrodo selectivo de ión amonio de membrana polimérica y un electrodo de referencia de Ag/AgCl serigrafiado.
También se ha aplicado este último dispositivo al análisis de amonio en muestras acuosas de diversa procedencia (agua de red de distribución y aguas residuales de EDARs, tanto urbanas como industriales) y en muestras de sangre y plasma de pacientes diagnosticados de desordenes en el ciclo de la urea.
Otro de los microsistemas analíticos desarrollados, fabricado en COC, incorpora una etapa de difusión gaseosa para la determinación espectrofotométrica de CO2 utilizando un indicador ácido-base colorimétrico. El tamaño reducido del microsistema analítico, unido al tamaño reducido y a la simplicidad del sistema de detección, dotan al equipo global de una gran portabilidad. Se ha aplicado al análisis de CO2 en vino y cervezas y para la monitorización de la acidificación oceánica.
Por último, se ha desarrollado un microsistema analítico autónomo y automatizado para la determinación espectrofotométrica de fosfato en aguas residuales. El microanalizador, fabricado en COC, integra un sistema de detección óptica miniaturizado y un sistema de gestión de fluidos automático que le dota de portabilidad y capacidad de funcionamiento autónomo.
Todos los microsistemas desarrollados han mostrado unas características analíticas excelentes, cumpliendo los requisitos de las aplicaciones para las que fueron diseñados y demostrando la potencialidad de la miniaturización en los sistemas analíticos.
