Sol-gel

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INTRODUCCIÓN

La inmovilización de enzimas y otras proteínas en matrices inertes o membranas semipermeables han sido objeto de extensos estudios, enfocándose casi de manera directa en el desarrollo de biosensores ópticos y electroquímicos (Bhatia, Brinker et al. 2000; Murphy 2006).

El proceso de sol-gel es una técnica que permite elaborar pseudocristales porosos de silica a temperaturaambiente, a los cuales se les puede incorporar cualquier tipo de biomolécula como enzimas, anticuerpos, proteínas, ácidos nucleicos e incluso células completas (Ellerby, Nishida et al. 1992; Vidinha, Augusto et al. 2006).

En numerosos reportes de proteínas incorporadas en estas matrices se ha visto que aspectos fundamentales como su conformación, dinámica, accesibilidad, reacción cinética,actividad y estabilidad permanecen casi idénticos a los reportados en solución, lo que permite al investigador contar con una alta densidad de moléculas funcionales inmovilizadas (Zheng, Reid et al. 1997).

Las proteínas embebidas en el sol-gel mantienen la conformación durante y después del encapsulamiento, por lo que presentan una conformación estructural muy similar a la proteína nativa,además de presentar una accesibilidad a pequeñas moléculas (analitos) que difunden libremente, por lo que son capaces de reaccionar reversiblemente y sobre todo permiten cuantificar los cambios ocurridos en el sistema como producto de las interacciones bimoleculares entre la proteína y su ligando (Ellerby, Nishida et al. 1992; Das, Khan et al. 1999; Eggers and Valentine 2001).

Estos estudios sonposibles gracias a dos características importantes del material. La primera de ellas es la transparencias del sol-gel al UV-visible a través de técnicas de espectroscópicas como absorbancia, fluorescencia, dicroísmo circular, raman e infrarrojo, por lo que pueden ser analizados por las mismas técnicas utilizadas para monitorear proteínas en solución (Avnir, Braun et al. 1994; Viteri, Gilliland etal. 2003). Y en segundo lugar la flexibilidad del proceso sol-gel que permite darle al material final las mas diversas formas estructurales incluyendo bloques monolíticos, polvos, películas finas y fibras (Park and Clark 2002; Rupcich, Green et al. 2005).

Estas características hacen de la encapsulación una herramienta muy importante en el desarrollo de biosensores y su utilidad en otrasaplicaciones biotecnológicas de interés tanto medico como industrial.

1 El proceso de sol-gel

Esta metodología se da gracias a la hidrólisis y condensación de alcoxidos que al polimerizar forman una extensa red tridimensional compacta única o matriz, que mantienen áreas de espacios abiertos interconectados entre si (poros), que aprisiona al solvente y a las moléculas contenidas enella(Brinker and Scherer 1990).

1 Precursores

Para llevar acabo la síntesis de estos materiales se han utilizado compuestos organometálicos, organosiloxanos, óxidos metálicos y otros materiales compuestos del tipo M(OR)m, donde M puede ser un metal, semimetal o Si, R es un grupo orgánico enlazado precisamente a este y m es el número de oxidaciones (Brinker and Scherer 1990; Avnir, Braun et al. 1994;Dunn, Miller et al. 1998; Ponton, Warlus et al. 2002; Prokopowicz, Lukasiak et al. 2004).

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Figura ##. Estructura de algunos precursores sol-gel: tetraalcoxisilanos, trialcoxisilanos funcionales y alcoximetalatos.

De entre todos estos compuestos son los alcóxidos los precursores más populares, principalmente los tetraalcoxisilanos, siendo los más comunes el tetraetilortosilicato(TEOS) y el tetrametilortosilicato (TMOS) (Gill and Ballesteros 2000).

2 Hidrólisis

Una vez que se ha elegido el precursor con el que se pretende trabajar se lleva acabo la elaboración del sol-gel a través la formación de una solución acuosa en la que se realiza la parcial o completa hidrólisis de este.

Este paso se lleva acabo una ves que el precursor se coloca en una mezcla...
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