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ES2525365B1 - MATERIALS OPERATED WITH NAD * OR NADP * AND ITS APPLICATION IN BIOSENSORS AND OTHER DEVICES - Google Patents

MATERIALS OPERATED WITH NAD * OR NADP * AND ITS APPLICATION IN BIOSENSORS AND OTHER DEVICES Download PDF

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Abstract

Materiales funcionalizados con NAD{sup,+} o NADP{sup,+} y su aplicación en biosensores y otros dispositivos electroquímicos.#La presente invención se refiere a un material funcionalizado que comprende un soporte sobre el que se fija un cofactor NAD{sup,+}, NADP{sup,+}, NADH o NADPH a través del grupo amino de la adenina mediante un grupo puente procedente de epóxidos. Dicho material está destinado a interaccionar con las enzimas cofactor dependientes en presencia del sustrato enzimático. Por sus propiedades, este material es útil como bio-electrodo para la elaboración de biosensores a base de enzimas deshidrogenasas así como bio-ánodo en biopilas.Materials functionalized with NAD {sup, +} or NADP {sup, +} and its application in biosensors and other electrochemical devices. # The present invention relates to a functionalized material comprising a support on which a NAD cofactor is fixed {sup , +}, NADP {sup, +}, NADH or NADPH through the amino group of adenine by a bridge group from epoxides. Said material is intended to interact with the dependent cofactor enzymes in the presence of the enzyme substrate. Due to its properties, this material is useful as a bio-electrode for the elaboration of biosensors based on dehydrogenase enzymes as well as bio-anode in biopiles.

Description

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Materiales funcionalizados con NAD+ o NADP+ y su aplicación en biosensores y Materials functionalized with NAD + or NADP + and their application in biosensors and

otros dispositivos. other devices.

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

La presente invención se refiere a un material con capacidad transductora que comprende un soporte sobre el que se fija un cofactor NAD+, NADP+, NADH o NADPH a través del grupo amino de la adenina mediante un grupo puente procedente de epóxidos. La ventaja clave de esta invención es que el cofactor en este caso no se desnaturaliza, sino que está covalentemente inmovilizado y reacciona con las enzimas NAD(P+)-dependientes en presencia de un sustrato enzimático. Dicho material es adecuado para la obtención de biosensores y otros dispositivos electroquímicos como biopilas o celdas biocombustibles. The present invention relates to a material with transducer capacity comprising a support on which a NAD +, NADP +, NADH or NADPH cofactor is fixed through the amino group of the adenine by a bridge group derived from epoxides. The key advantage of this invention is that the cofactor in this case is not denatured, but is covalently immobilized and reacts with the NAD (P +) -dependent enzymes in the presence of an enzymatic substrate. Said material is suitable for obtaining biosensors and other electrochemical devices such as biopiles or biofuel cells.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR STATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE

El desarrollo de métodos de inmovilización y regeneración de cofactores tipo nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) o nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP+) [también llamados difosfopiridina nucleótido o nucleótido fosfato o/y Coenzima I] ha sido objeto de un considerable interés científico y tecnológico en las últimas tres décadas. Este interés ha tenido un considerable carácter interdisciplinar debido al importante papel que juegan los dos cofactores de este tipo en la transferencia de electrones entre reacciones metabólicas redox y/o en el funcionamiento de varias enzimas llamados oxido-reductasas, deshidrogenasas o enzimas NAD(P)+-dependientes. Así, se pueden destacar como ejemplos áreas como la bioelectroquímica, incluyendo la fabricación de biosensores, el desarrollo de celdas de biocombustible y la producción de bio-baterías, además de otras áreas menos afines como la de síntesis enzimática y la del desarrollo de procesos biotecnológicos para la purificación y la separación de enzimas. The development of immobilization and regeneration methods of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) or nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP +) [also called diphosphopyridine nucleotide or nucleotide phosphate o / and Coenzyme I] cofactors has been the subject of considerable scientific and technological interest in The last three decades. This interest has had a considerable interdisciplinary nature due to the important role that the two cofactors of this type play in the transfer of electrons between redox metabolic reactions and / or in the functioning of several enzymes called oxido-reductases, dehydrogenases or NAD (P) enzymes. + -dependents. Thus, areas such as bioelectrochemistry, including the manufacture of biosensors, the development of biofuel cells and the production of bio-batteries, as well as other less related areas such as enzymatic synthesis and the development of biotechnological processes can be highlighted as examples for the purification and separation of enzymes.

Sin embargo la gran limitación a la hora de plantear estos desarrollos ha venido marcada por la dificultad de elaborar bioelectrodos funcionalizados con el cofactor NAD(P)+ y que este se encuentre accesible para las enzimas en juego, así como que sea reciclable en la superficie del electrodo de manera relativamente duradera. However, the great limitation when considering these developments has been marked by the difficulty of developing functionalized bioelectrodes with the NAD (P) + cofactor and that this is accessible to the enzymes in play, as well as being recyclable on the surface of the electrode relatively long.

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Varios grupos de investigación en el área de bioelectroquímica han orientado sus esfuerzos a este objetivo. Se han descrito en la bibliografía ejemplos de inmovilización física del cofactor y de las enzimas en una matriz sol-gel (Th. Noguer, D.Szydlowska, J-L, Marty, M. Trjanowicz. Pol. J. Chem 78 (2004) pp. 1679-1689) y acetato de celulosa (S-D. Sprules, J-P. Hart, S-A. Wring, R. Pittson, Anal. Chim. Acta 304 (1995) pp. 74-24) mediante simple encapsulación, y otros químicos usando el 3glicidoxipropiltrimetoxisilano para la inmovilización no orientada del cofactor NAD+ en una matriz tridimensional de sol-gel (Z. Wang, M. Etiennne, F. Quilès, G-W. Kohring, Several research groups in the area of bioelectrochemistry have focused their efforts on this objective. Examples of physical immobilization of the cofactor and enzymes in a sol-gel matrix have been described in the literature (Th. Noguer, D.Szydlowska, JL, Marty, M. Trjanowicz. Pol. J. Chem 78 (2004) pp. 1679-1689) and cellulose acetate (SD. Sprules, JP. Hart, SA. Wring, R. Pittson, Anal. Chim. Acta 304 (1995) pp. 74-24) by simple encapsulation, and other chemicals using 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane for non-oriented immobilization of the NAD + cofactor in a three-dimensional sol-gel matrix (Z. Wang, M. Etiennne, F. Quilès, GW. Kohring,

A. Walcarius. Biosens. Bioelectron 32 (2012) pp 111-117) o mediante la realización de enlaces covalentes gracias a grupos funcionales de polímeros como el dextrano (M. Montagné, J-L. Marty. Anal. Chem. Acta. 315 (1995) pp. 297-302), el polietilenglicol A. Walcarius Biosens Bioelectron 32 (2012) pp 111-117) or by performing covalent bonds thanks to functional groups of polymers such as dextran (M. Montagné, JL. Marty. Anal. Chem. Acta. 315 (1995) pp. 297-302 ), polyethylene glycol

(K.K.W. Mak, U. Wollenberger, F.W. Scheller, R. Rennneberg. Biosens. Bioelectron 18 (2003) pp. 1059-1100), el quitosano (M. Zhang, C. Mullens, W. Gorski. Anal. Chem 79 (2007) pp. 2446-2450) o la polietilenamina (H. Zheng, J. Zhou, J. Zhang, R. Huang, H. Jia, S. Suye. Microchim. Acta 165 (2009) pp.109-115). Sin embargo, en la mayoría de esos diseños no se han tenido en cuenta varios factores de relevancia. Entre ellos es importante destacar lo siguientes: la conservación del estado nativo del cofactor, la probabilidad de accesibilidad de la enzima al sitio de unión en la estructura del cofactor; y el rendimiento de los biocomponentes introducidos en la matriz de inmovilización. (KKW Mak, U. Wollenberger, FW Scheller, R. Rennneberg. Biosens. Bioelectron 18 (2003) pp. 1059-1100), Chitosan (M. Zhang, C. Mullens, W. Gorski. Anal. Chem 79 (2007 ) pp. 2446-2450) or polyethyleneamine (H. Zheng, J. Zhou, J. Zhang, R. Huang, H. Jia, S. Suye. Microchim. Acta 165 (2009) pp. 109-115). However, in most of these designs, several relevant factors have not been taken into account. Among them it is important to highlight the following: conservation of the cofactor's native state, the probability of accessibility of the enzyme to the binding site in the cofactor structure; and the performance of the biocomponents introduced in the immobilization matrix.

Para resolver estas limitaciones varios grupos pioneros han propuesto nuevas metodologías de inmovilización orientada del cofactor y de la enzima en varias etapas consiguiendo un diseño del biosensor similar al denominado layer-by-layer. En este contexto se han desarrollado diseños de bioelectrodos basados en cadenas moleculares enlazadas entre sí que consisten en secuencias de: electrodo/mediador químico/ cofactor/ enzimas. Sin embargo lo más destacado de estos trabajos es el diseño de un complejo de afinidad entre el cofactor y la enzima. En todos estos ejemplos ello se consiguió gracias a la inmovilización orientada del cofactor en su estado “nativo” mediante el ácido 3-aminofenilboronico que interacciona selectivamente con la unidad ribosa del cofactor. La ventaja que se esgrimido para este diseño es que se deja libre y accesible la unidad nicotinamida, lo que permite justificar una supuesta bioafinidad (Y-M. Yan, O. Yehezkeli, I. Willner. Chem. Eur. J. 13 (2007) pp. 10168-10175; B.L. Hassler, R.M. Worden. Biosens. Bioelectron 21 (2006) pp. 2146-2154). Sin embargo, dada la gran abundancia del grupo ribosa en la naturaleza y la debilidad del enlace hidrógeno establecido entre el grupo boro y los hidróxidos de la subunidad ribosa del NAD(P)+, a este sistema se le puede atribuir una cierta inestabilidad en el funcionamiento en continuo, sobre todo en presencia de azúcares ya que esos compuestos pueden sustituir fácilmente el grupo ribosa y establecer otros enlaces hidrógeno con el átomo de boro. Por este motivo es fácil imaginar en este caso un inevitable desprendimiento del cofactor. Para corregir esas desventajas normalmente se intenta la inmovilización mediante entrecruzamiento de la enzima. To resolve these limitations, several pioneer groups have proposed new methodologies for oriented immobilization of the cofactor and the enzyme in several stages, achieving a biosensor design similar to the so-called layer-by-layer. In this context, bioelectrode designs based on interlinked molecular chains that consist of sequences of: electrode / chemical mediator / cofactor / enzymes have been developed. However, the highlight of these works is the design of an affinity complex between the cofactor and the enzyme. In all these examples this was achieved thanks to the oriented immobilization of the cofactor in its "native" state by means of 3-aminophenylboronic acid that selectively interacts with the ribose unit of the cofactor. The advantage that is used for this design is that the nicotinamide unit is left free and accessible, which allows to justify a supposed bioaffinity (YM. Yan, O. Yehezkeli, I. Willner. Chem. Eur. J. 13 (2007) pp 10168-10175; BL Hassler, RM Worden, Biosens, Bioelectron 21 (2006) pp. 2146-2154). However, given the great abundance of the ribose group in nature and the weakness of the hydrogen bond established between the boron group and the hydroxides of the ribose subunit of NAD (P) +, this system can be attributed a certain instability in the continuous operation, especially in the presence of sugars since these compounds can easily replace the ribose group and establish other hydrogen bonds with the boron atom. For this reason it is easy to imagine in this case an inevitable detachment of the cofactor. To correct these disadvantages, immobilization is usually attempted by cross-linking the enzyme.

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DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION

En esta invención se describe un nuevo método de inmovilización del cofactor NAD+, NADP+, NADH o NADPH en su forma activa y de manera orientada. Mediante este método de inmovilización se ha conseguido establecer enlaces químicos fuertes entre grupos funcionales del cofactor y de la superficie transductora sin dañar el centro de unión del cofactor-enzima. This invention describes a new method of immobilization of the cofactor NAD +, NADP +, NADH or NADPH in its active form and in an oriented manner. Through this method of immobilization, it has been possible to establish strong chemical bonds between functional groups of the cofactor and of the transducer surface without damaging the joint center of the cofactor-enzyme.

A diferencia de otras aproximaciones del estado de la técnica, en la presente invención se ha modificado la superficie del sustrato por etapas produciendo de esta forma capas ordenadas de los componentes y aprovechando la gran afinidad que tienen las enzimas en cuestión al cofactor eficientemente inmovilizado y con su sitio de unión orientado hacia la enzima. Unlike other approximations of the state of the art, in the present invention the surface of the substrate has been modified in stages, thus producing ordered layers of the components and taking advantage of the high affinity of the enzymes in question to the cofactor efficiently immobilized and with its enzyme-oriented binding site.

En esta invención se consigue la funcionalización de superficies transductoras de la señal física que actúa como sonda para obtener información en tiempo real del estado redox del cofactor en cuestión y para seguir el proceso biocatalítico, lo que hace que presente unas características idóneas para aplicarse a la fabricación de biosensores. En el biosensor obtenido, los biocomponentes resultantes se encuentran en contacto íntimo con el transductor físico. Obviamente este diseño asegura una gran sensibilidad del sistema de medida y se puede aprovechar para utilizar la misma superficie en aplicaciones donde es necesario un reciclaje del mismo cofactor entre varias enzimas. In this invention, the functionalization of transducer surfaces of the physical signal that acts as a probe is obtained to obtain real-time information on the redox state of the cofactor in question and to follow the biocatalytic process, which makes it present suitable characteristics to be applied to the manufacture of biosensors. In the biosensor obtained, the resulting biocomponents are in intimate contact with the physical transducer. Obviously this design ensures a great sensitivity of the measurement system and can be used to use the same surface in applications where it is necessary to recycle the same cofactor between several enzymes.

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A diferencia de otros materiales biofuncionalizados similares descritos donde se describe la inmovilización orientada del cofactor NAD(P)+ mediante su subunidad ribosa y gracias al acido 3-aminofenilboronico que actúa como puente entre la superficie transductora y el cofactor, en esta invención se inmoviliza el cofactor 5 mediante el uso de grupos epóxicos que reaccionan con el grupo amina de la unidad adenina. En este caso se establecen enlaces químicos fuertes entre el cofactor y la superficie, lo cual conlleva enormes ventajas. Entre ellas la durabilidad, la flexibilidad y la posibilidad de aplicación de la superficie así funcionalizada en varias aplicaciones y diseños. Por ejemplo en este caso no es imprescindible la inmovilización de la enzima Unlike other similar biofunctionalized materials described where the oriented immobilization of the NAD (P) + cofactor is described by its ribose subunit and thanks to the 3-aminophenylboronic acid that acts as a bridge between the transducer surface and the cofactor, in this invention the cofactor 5 through the use of epoxy groups that react with the amine group of the adenine unit. In this case, strong chemical bonds are established between the cofactor and the surface, which entails enormous advantages. Among them the durability, flexibility and the possibility of applying the surface thus functionalized in various applications and designs. For example, in this case the immobilization of the enzyme is not essential

10 y es posible la aplicación de la misma superficie para el control de varios procesos mediante varias enzimas. 10 and the application of the same surface is possible for the control of several processes by several enzymes.

Por tanto, en un primer aspecto la presente invención se refiere a un material funcionalizado de fórmula general (I): 15 S-L-C Therefore, in a first aspect the present invention relates to a functionalized material of general formula (I): S-L-C

(I) (I)

donde:  S es un soporte electródico,  L es un grupo puente que comprende el grupo de fórmula (II) where:  S is an electrode support,  L is a bridge group comprising the group of formula (II)

20 twenty

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(II)  C es un cofactor que se selecciona de entre NAD+, NADP+, NADH o NADPH, (II)  C is a cofactor that is selected from NAD +, NADP +, NADH or NADPH,

caracterizado porque C se une a L mediante un enlace covalente a través del 25 grupo amino primario de la posición 6 de la adenina de C. characterized in that C is linked to L by a covalent bond through the primary amino group at position 6 of the adenine of C.

En la presente invención se entiende como soporte “electródico” un material sólido capaz de detectar y/o transmitir el flujo de electrones producido por los cambios de NAD(P+) a NAD(P)H o NAD+ a NADPH después de su reacción con una enzima In the present invention, "electrode" support is understood as a solid material capable of detecting and / or transmitting the electron flow produced by changes from NAD (P +) to NAD (P) H or NAD + to NADPH after its reaction with a enzyme

30 cofactor dependiente. Este soporte electródico es usado para transmitir señales físicas de cualquier tipo electroquímico, óptico, másica, magnética, etc. 30 dependent cofactor. This electrode support is used to transmit physical signals of any electrochemical, optical, mass, magnetic, etc. type.

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Los soporte suscept ibles de formar parte del material funcionalizado de la prese nte invención pueden ser: electrodos convencionales usad os en elect roquímica como electrodos de metales nobles (o ro, platino, plata, paladio…), incluyendo una deposición sobre supe rficies no conductoras de estos metales vía sputtering, serigrafiado o similares, como derivados de carbón y grafito. Entre estos: electrodos de carbono vitr ificado y ele ctrodos a b ase de p astas de graf ito, nanotubo s de carbono, fullereno, grafeno, carbono negro, fibra de carb ono o similares, siempre y cuando se encuentren solidif icados con adhe rentes tipo (materiales sol-gel, líquidos ión icos, teflón, resina epoxi, etc). The supports capable of being part of the functionalized material of the present invention can be: conventional electrodes used in chemical elect as electrodes of noble metals (or ro, platinum, silver, palladium ...), including a deposition on non-conductive surfaces of these metals via sputtering, screen printing or the like, such as coal and graphite derivatives. Among these: vitrified carbon electrodes and graphite carbon electrodes, carbon nanotubes, fullerene, graphene, black carbon, carbon fiber or the like, as long as they are solidified with adhe rentes type (sol-gel materials, ionic liquids, Teflon, epoxy resin, etc).

También po drán emple arse electro dos transpa rentes usad os convencionalmente en espectro-electroquímica y células so lares a base de óxidos de metales de transición (por ejemplo estaño, zinc) sin dopa r o dopados con indio o flúor (electrodos ITO, FTO, etc.), así co mo electrodos ópticos como los anteriores pero basados e n fibra óptica, mica, cristal, y similares. Además cualquier sustrato su sceptible d e usarse e n la transducción de las señales físicas como cambios de voltaje, temperatura, peso, resonancia, o/y cualquier cambio en las propiedades físicas del tra nsductor y/o su entorno bio-físico. Two electrodes that are conventionally used in spectrum-electrochemistry and solar cells based on transition metal oxides (for example tin, zinc) without doping doped with indium or fluorine (ITO, FTO electrodes, etc.) may also be used. .), as well as optical electrodes like the previous ones but based on optical fiber, mica, glass, and the like. In addition, any substrate that can be used in the transduction of physical signals such as changes in voltage, temperature, weight, resonance, or / and any change in the physical properties of the transducer and / or its bio-physical environment.

En una realización pref erida, el soporte se se lecciona de entre oro, p lata, platino o paladio. In a preferred embodiment, the support is read from gold, silver, platinum or palladium.

En otra realización preferida, el material se selecciona de entre nanotubos de carbono, grafito, grafeno, fullereno o microfibras de carbono. In another preferred embodiment, the material is selected from carbon nanotubes, graphite, graphene, fullerene or carbon microfibers.

En otra realización preferida, el soporte es un óxido de estaño o zinc dopado con indio In another preferred embodiment, the support is a tin oxide or zinc doped with indium

o flúor. or fluoride

En otra rea lización pre ferida, los posibles so portes ante riormente mencionados se pueden encontrar preferiblemente en forma de nanopartículas. In another preferred embodiment, the possible supports mentioned above can preferably be found in the form of nanoparticles.

En otra realización prefe rida, el soporte compren de un recubrimiento adicional que se une al grupo puente L. En una realización más preferida, este recubrimiento puede ser un polímero o mezcla de polímero s o una ca pa de silano que ha si do sintetiza da mediante u n procedimiento de sol-gel y dep ositada sob re el electrodo median te métodos convencionales de modificación de la superficie (spin-coating, dip-coating o simplemente disolución casting). In another preferred embodiment, the support comprises an additional coating that joins the bridge group L. In a more preferred embodiment, this coating can be a polymer or polymer mixture or a silane layer which has been synthesized by a sol-gel and deposited procedure on the electrode by means of conventional methods of surface modification (spin-coating, dip-coating or simply casting solution).

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5 En otra realización preferida, el material de la invención además comprende al menos una enzima unida a l cofactor C. En una realiza ción más pr eferida, la enzima es u na deshidrogenasa. In another preferred embodiment, the material of the invention further comprises at least one enzyme linked to cofactor C. In a more preferred embodiment, the enzyme is a dehydrogenase.

En otra rea lización preferida, la enzima está inmovilizada, y más p referiblemente In another preferred embodiment, the enzyme is immobilized, and more preferably

10 mediante un reactivo de entrecruzamiento como el glutaraldehído o mediante una membrana. 10 by a crosslinking reagent such as glutaraldehyde or by a membrane.

Otro aspecto de la presente invención se ref iere a un procedimiento d e obtención del material funcionalizado descrito anteriormente que comprende las siguientes etapas: 15 a) epoxidación del sustrat o S mediante un com puesto que comprende al menos un grupo de fórmula (III), Another aspect of the present invention relates to a process for obtaining the functionalized material described above comprising the following steps: a) epoxidation of the substrate or S by means of a compound comprising at least one group of formula (III),

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b) y adición de una disolución del cofa ctor C al producto obte nido en la etapa (a), 20 donde S y C se definen como anteriormente. b) and adding a solution of the coffer ctor C to the product obtained in step (a), where S and C are defined as above.

Otro aspecto de la presente invención se ref iere a un procedimiento d e obtención del material funcionalizado descrito anteriormente que comprende las siguientes etapas: a) epoxidación del cofactor C con un c ompuesto que comprende al menos u n 25 grupo de fórmula (III): Another aspect of the present invention relates to a process for obtaining the functionalized material described above comprising the following steps: a) epoxidation of cofactor C with a compound comprising at least one group of formula (III):

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b) y deposición del producto obtenido en la etapa (a) sobre un soporte S, donde C y S se definen como anteriormente. b) and deposition of the product obtained in step (a) on a support S, where C and S are defined as above.

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En una realización preferida, el procedimiento de la invención además comprende una etapa c) de inmovilización de una enzima con afinidad por el cofactor C. En una realización más preferida, la enzima es una deshidrogenasa. In a preferred embodiment, the process of the invention further comprises a step c) of immobilization of an enzyme with affinity for cofactor C. In a more preferred embodiment, the enzyme is a dehydrogenase.

El compuesto utilizado en la etapa de epoxidación puede ser un compuesto orgánico, un polímero orgánico o inorgánico, un óxido de metal, nanomateriales de carbono, nanoparticulas metálicas y otros materiales siempre y cuando contengan al menos un grupo epóxido o este diseñado para convertirse a este grupo, para reaccionar después con el grupo amino N6 de la subunidad adenina del cofactor C. Preferiblemente, el compuesto utilizado en la etapa de epoxidación se selecciona de entre 3glicidoxipropiltrimetoxisilano, glicidol, epiclorhidrino, polietilenglicol diglicidil éter o 1,4butanodiol diglicidil éter. The compound used in the epoxidation stage can be an organic compound, an organic or inorganic polymer, a metal oxide, carbon nanomaterials, metal nanoparticles and other materials as long as they contain at least one epoxide group or is designed to convert to this group, to then react with the N6 amino group of the adenine subunit of cofactor C. Preferably, the compound used in the epoxidation step is selected from 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, glycidol, epichlorohydrine, polyethylene glycol diglycidyl ether or 1,4-butanediol diglycidyl ether.

En otra realización preferida, se une al soporte S un recubrimiento que comprende grupos funcionales activos. En una realización más preferida los grupos funcionales activos se seleccionan de entre silanos hidroxilos, aminas o carboxilos. In another preferred embodiment, a coating comprising active functional groups is attached to the support S. In a more preferred embodiment the active functional groups are selected from hydroxyls, amines or carboxyls.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso del material funcionalizado descrito anteriormente para la fabricación de biosensores, bioelectrodos, biopilas, biobaterías o celdas de biocombustibles. Another aspect of the invention relates to the use of the functionalized material described above for the manufacture of biosensors, bioelectrodes, biopiles, biobatteries or biofuel cells.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un biosensor que comprende el material funcionalizado descrito anteriormente. Another aspect of the present invention relates to a biosensor comprising the functionalized material described above.

En la presente invención se entiende como biosensor un dispositivo con capacidad para medir parámetros biológicos o químicos. Consta de al menos tres componentes básicos que son el material funcionalizado descrito anteriormente, que actúa como sensor biológico, un transductor que acopla los otros componentes y traduce la señal emitida por el sensor y el detector que puede ser óptico, piezoeléctrico, térmico, magnético, etc. In the present invention a device with the capacity to measure biological or chemical parameters is understood as a biosensor. It consists of at least three basic components that are the functionalized material described above, which acts as a biological sensor, a transducer that couples the other components and translates the signal emitted by the sensor and the detector that can be optical, piezoelectric, thermal, magnetic, etc.

El funcionamiento del biosensor de la presente invención se basa en los mecanismos de oxidación de la enzima sobre el sustrato, y la reducción del cofactor de NAD(P)+ a NAD(P)H. Este movimiento de electrones y H+ es detectado por el soporte y trasmitido al transductor. The operation of the biosensor of the present invention is based on the oxidation mechanisms of the enzyme on the substrate, and the reduction of the cofactor from NAD (P) + to NAD (P) H. This movement of electrons and H + is detected by the support and transmitted to the transducer.

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Los sistemas de transducción usados en la presente invención pueden ser en base a la detección de los cambios: The transduction systems used in the present invention may be based on the detection of the changes:

a) en el estado redox del cofactor C, de manera directa o indirecta (usando un mediador bio-químico), como en los procesos de transducción amperométrico y ópticos. a) in the redox state of cofactor C, directly or indirectly (using a biochemical mediator), as in the amperometric and optical transduction processes.

b) en el estado físico de la superficie S-L-C, comparando parámetros (como el peso, la resonancia, la conductividad, el potencial, el momento magnético…) antes y después de la interacción de la superficie con la enzima C-dependiente o/y un complejo de ellas. b) in the physical state of the SLC surface, comparing parameters (such as weight, resonance, conductivity, potential, magnetic moment…) before and after the interaction of the surface with the C-dependent enzyme or / and a complex of them.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a una biopila enzimática de combustible, llamada así porque en los electrodos de la pila intervienen enzimas redox en el ánodo y el cátodo. La energía en este caso se genera gracias al establecimiento de una diferencia de potencial entre los dos electrodos, lo cual es debido a la oxidación del cofactor enzimático o de un complejo cofactor-mediador en el compartimento anódico y a la reducción del oxigeno en el comportamiento catódico Another aspect of the present invention relates to an enzymatic fuel biopile, so named because redox enzymes are involved in the anode and cathode in the electrodes of the cell. The energy in this case is generated thanks to the establishment of a potential difference between the two electrodes, which is due to the oxidation of the enzymatic cofactor or a cofactor-mediator complex in the anodic compartment and the reduction of oxygen in the cathodic behavior

En la biopila de la presente invención, el ánodo es el material funcionalizado anteriormente el cual reacciona con una mezcla de enzimas y al menos un biocombustible, siempre y cuando al menos una de las enzimas es C-dependiente. En este caso el ánodo es el material en forma de complejo S-L-C-E realizado a partir de S-L-C, donde E es una enzima C-dependiente selectiva del biocombustible. In the biopile of the present invention, the anode is the previously functionalized material which reacts with a mixture of enzymes and at least one biofuel, as long as at least one of the enzymes is C-dependent. In this case, the anode is the S-L-C-E complex-shaped material made from S-L-C, where E is a selective C-dependent enzyme for biofuel.

Otro aspecto de la invención se refiere a un método para la determinación cualitativa y/o cuantitativa del sustrato de una enzima en una muestra que comprende las siguientes etapas: Another aspect of the invention relates to a method for the qualitative and / or quantitative determination of the substrate of an enzyme in a sample comprising the following steps:

a) poner en contacto dicha muestra con el biosensor anteriormente descrito, b) someter el biosensor a condiciones que resulten en una señal electroquímica, c) medir la señal electroquímica obtenida en (b) y d) determinar cualitativa y/o cuantitativamente el sustrato a partir de la medida de a) contacting said sample with the biosensor described above, b) subjecting the biosensor to conditions that result in an electrochemical signal, c) measuring the electrochemical signal obtained in (b) and d) qualitatively and / or quantitatively determining the substrate from of the measure of

la señal electroquímica. The electrochemical signal.

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De manera más concreta, este método comprende las siguientes etapas para realizar una medida electroquímica: More specifically, this method comprises the following steps to perform an electrochemical measurement:

a) colocar el biosensor anteriormente descrito, en posición de electrodo de trabajo en una celda electroquímica, generalmente compuesta además del electrodo de trabajo de un electrodo referencia y un electrodo auxiliar. a) placing the biosensor described above, in the working electrode position in an electrochemical cell, generally composed in addition to the working electrode of a reference electrode and an auxiliary electrode.

b) Rellenar la celda electroquímica con una disolución de medida, cuya b) Fill the electrochemical cell with a measurement solution, whose

composición depende de las enzimas. c) Polarizar si así se prefiere el biosensor a un potencial determinado. d) Inyectar la muestra a medir en la celda electroquímica. e) Medir la señal electroquímica obtenida en (d). f) Determinar cualitativa y/o cuantitativamente el sustrato a partir de la medida de Composition depends on enzymes. c) Polarize if the biosensor is preferred to a specific potential. d) Inject the sample to be measured in the electrochemical cell. e) Measure the electrochemical signal obtained in (d). f) Determine the substrate qualitatively and / or quantitatively from the measure of

la señal electroquímica. The electrochemical signal.

De otra forma más detallada, este procedimiento puede realizarse de la siguiente manera: a) Poner en contacto el biosensor descrito anteriormente con una disolución de medida. In a more detailed way, this procedure can be carried out as follows: a) Contact the biosensor described above with a measurement solution.

b) Someter el producto obtenido en la etapa (a) a condiciones de transducción capaces de controlar el estado redox del compuesto C o la bio-afinidad de C con las enzimas C-dependientes. b) Subject the product obtained in step (a) to transduction conditions capable of controlling the redox state of compound C or the bio-affinity of C with C-dependent enzymes.

c) Inyectar a la disolución de medida una mezcla de enzimas, donde al menos una de ellas es C-dependiente. d) Seguir controlando y registrando la señal input indicativa del estado redox de C c) Inject a mixture of enzymes into the measurement solution, where at least one of them is C-dependent. d) Continue monitoring and recording the input signal indicative of the redox state of C

o de la sucesión de la bio-afinidad C enzima C-dependiente. e) Inyectar una muestra que contiene un sustrato a determinar. f) Y finalmente correlacionar la diferencia entre las señales input obtenidas en la or of the succession of the bio-affinity C C-dependent enzyme. e) Inject a sample containing a substrate to be determined. f) And finally correlate the difference between the input signals obtained in the

etapas d y e con la concentración del sustrato. En este caso las etapas c) y d) pueden figurar invertidas. stages d and e with the concentration of the substrate. In this case, steps c) and d) may appear inverted.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Throughout the description and the claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will be derived partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and figures are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention.

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DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1: representa las reacciones implicadas en el mecanismo de transducción de la señal electroquímica. Figura 2: representa la respuesta electro-catalítica registrada en modo amperométrico del biosensor de glucosa (realizado según el ejemplo 1) en presencia del azul de meldola y varias concentraciones de glucosa. Figura 3: representa la recta de calibración de la glucosa, obtenida a partir de los datos de corriente registradas a 10 s en el amperograma de la Figura 2. Representa también las características analíticas de esta recta y el límite de detección (LOD) del biosensor de la glucosa. Figura 4: representa la respuesta electro-catalítica registrada en modo cronoamperométrico del biosensor de alcohol (realizado según el ejemplo 1) en presencia del azul de meldola y varias concentraciones de alcohol. Figura 5: representa la recta de calibración del porcentaje en volumen del alcohol, en una muestra obtenida a partir de los datos de corriente registradas en el cronoamperograma de la Figura 4. Figuran también las características analíticas de esa recta y el límite de detección (LOD) del biosensor del alcohol. Figura 6: representa la respuesta electro-catalítica registrada en modo cronoamperométrico del biosensor de ácido málico (realizado según el ejemplo 1) en presencia del azul de meldola y varias concentraciones de ácido málico. Figura 7: representa la respuesta electro-catalítica registrada en modo cronoamperométrico del biosensor de glucosa desarrollado en el ejemplo 3 en presencia de varias concentraciones del analito. Figure 1: represents the reactions involved in the mechanism of transduction of the electrochemical signal. Figure 2: represents the electro-catalytic response recorded in amperometric mode of the glucose biosensor (performed according to example 1) in the presence of meldola blue and several glucose concentrations. Figure 3: represents the glucose calibration line, obtained from the current data recorded at 10 s in the amperogram of Figure 2. It also represents the analytical characteristics of this line and the detection limit (LOD) of the biosensor of glucose Figure 4: represents the electro-catalytic response recorded in chronoamperometric mode of the alcohol biosensor (performed according to example 1) in the presence of meldola blue and various alcohol concentrations. Figure 5: represents the calibration line of the percentage by volume of the alcohol, in a sample obtained from the current data recorded in the chronoamperogram of Figure 4. The analytical characteristics of that line and the detection limit (LOD) are also included. ) of the alcohol biosensor. Figure 6: represents the electro-catalytic response recorded in chronoamperometric mode of the malic acid biosensor (performed according to example 1) in the presence of meldola blue and various concentrations of malic acid. Figure 7: represents the electro-catalytic response recorded in chronoamperometric mode of the glucose biosensor developed in example 3 in the presence of various concentrations of the analyte.

EJEMPLOS EXAMPLES

Ejemplo 1: obtención del material de la invención con un soporte de oro mediante hidroxilación previa del mismo. Example 1: obtaining the material of the invention with a gold support by prior hydroxylation thereof.

La hidroxilación de electrodos de oro se realizó primeramente gracias a la deposición The hydroxylation of gold electrodes was first performed thanks to the deposition

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de una capa de silano sintetizado vía sol-gel. La epoxidación de esta nueva superficie con grupos epoxi se llevó a cabo mediante reacción con el 3glicidoxipropiltrimetoxisilano (GPS), mientras que la inmovilización orientada del cofactor se ha llevado a cabo mediante la reacción del grupo epóxido y el amino (N6) de la unidad adenina. of a silane layer synthesized via sol-gel. The epoxidation of this new surface with epoxy groups was carried out by reaction with 3glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPS), while the oriented immobilization of the cofactor has been carried out by the reaction of the epoxide group and the amino (N6) of the adenine unit .

En un vaso de reacción se colocaron 5 mL de agua Mili-Q, se le añadieron 1,93 mL de tetraetilortosilicato (TEOS) (CAS: 78-10-4 sigma-aldrich) y bajo agitación magnética se procedió a la adición de 6,25 mL de una disolución de ácido clorhídrico 0,01M gota a gota como catalizador ácido. El conjunto se dejó en agitación durante 10 horas, suficientes para obtener una disolución totalmente miscible. Después de una dilución por un factor de 3, para obtener una concentración final de Si igual a 0,25M, se tomó un volumen preciso y se depositó sobre un electrodo previamente lavado y secado según los métodos convencionales. El volumen a depositar se ha optimizado en 0,7 µL/mm2; donde el denominador corresponde a la superficie geométrica del electrodo. La gota depositada se secó durante dos horas a temperatura ambiente y después a 200ºC durante 10 min para evaporar todo el etanol generado y finalizar los procesos de condensación del sol-gel. Después de esta etapa, se enfrió el electrodo en el desecador y se sumergió en una disolución de tolueno que contiene 0,17 mol/L de 3glicidoxipropiltrimetoxisilano (GPS), (CAS: 2530-83-8 Sigma-Aldrich). A continuación se dejó en agitación toda la noche y al final se secó a temperatura ambiente. Con estos procesos se consiguió la funcionalización del electrodo con grupos epoxi, paso previo para la etapa de inmovilización orientada del NAD(P)+. 5 mL of Mili-Q water was placed in a reaction vessel, 1.93 mL of tetraethylorthosilicate (TEOS) (CAS: 78-10-4 sigma-aldrich) was added and under magnetic stirring, 6 were added. , 25 mL of a 0.01M hydrochloric acid solution dropwise as an acid catalyst. The whole was left under stirring for 10 hours, sufficient to obtain a completely miscible solution. After dilution by a factor of 3, to obtain a final concentration of Si equal to 0.25M, a precise volume was taken and deposited on a previously washed and dried electrode according to conventional methods. The volume to be deposited has been optimized at 0.7 µL / mm2; where the denominator corresponds to the geometric surface of the electrode. The deposited drop was dried for two hours at room temperature and then at 200 ° C for 10 min to evaporate all the ethanol generated and end the sol-gel condensation processes. After this step, the electrode was cooled in the desiccator and immersed in a toluene solution containing 0.17 mol / L of 3glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPS), (CAS: 2530-83-8 Sigma-Aldrich). It was then left under stirring overnight and finally dried at room temperature. With these processes, the electrode functionalization with epoxy groups was achieved, a previous step for the oriented immobilization stage of the NAD (P) +.

Para la inmovilización de cofactor, se preparó una disolución de NAD+ 2mg/mL a pH básico, se introdujo en ella el electrodo y se dejó reaccionar un mínimo de 24 horas en agitación y a temperatura ambiente. Después de este tiempo se tomó el electrodo, se lavó suavemente con agua, y se realizó la bioafinidad entre el cofactor y la enzima específica al analito de interés. Finalmente se procedió a la inmovilización de la enzima mediante procesos convencionales: usando el glutaraldehído (diluido en agua a un porcentaje del 0,5%) como agente de entrecruzamiento o simplemente mediante retención bajo una membrana de diálisis fijada mediante una junta tórica. For cofactor immobilization, a solution of NAD + 2mg / mL at basic pH was prepared, the electrode was introduced therein and allowed to react for a minimum of 24 hours under stirring and at room temperature. After this time the electrode was taken, washed gently with water, and bioaffinity was performed between the cofactor and the specific enzyme to the analyte of interest. Finally, the enzyme was immobilized by conventional processes: using glutaraldehyde (diluted in water to a percentage of 0.5%) as a crosslinking agent or simply by retention under a dialysis membrane fixed by an O-ring.

Siguiendo este procedimiento se pusieron a punto tres biosensores prototipo: biosensor de glucosa basado en la glucosa deshidrogenasa (EC 1.1.1.47), biosensor de etanol basado en el alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1) y biosensor de ácido málico basado en la malato deshidrogenasa (EC 1.1.1.37). Cabe recalcar que para el buen reciclaje del cofactor, en todos estos prototipos se usó la enzima diaforasa (EC 1.8.1.4) la cual fue inmovilizada mediante el mismo proceso junto con las enzimas en cuestión y después de la realización de la bioafinidad con el cofactor inmovilizado. Following this procedure, three prototype biosensors were developed: glucose biosensor based on glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47), ethanol biosensor based on alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1) and malic acid biosensor based on malate dehydrogenase (EC 1.1.1.37). It should be noted that for the good recycling of the cofactor, in all these prototypes the enzyme diaphorase (EC 1.8.1.4) was used, which was immobilized by the same process together with the enzymes in question and after the bioaffinity was carried out with the cofactor immobilized.

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El mecanismo de generación de la señal electroquímica en presencia del sustrato y las gráficas de respuestas registradas por los biosensores desarrollados en este ejemplo están ilustrados en las figuras (1-6). Los datos de medida se obtuvieron en una celda electroquímica, dotada de tres electrodos; referencia, auxiliar y de trabajo (plata /cloruro de plata, platino y el biosensor fabricado según la descripción, respectivamente) y usando un potenciostato (PalmSens Electrochemical Sensor Interfaces, Palm Instruments B.V. Holanda) dotado de software propio para el establecimiento de la señal de excitación del sistema y para el registro de la respuesta electroquímica. Los métodos electro-analíticos usados en estos ejemplos fueron las medidas amperométricas y/o crono-amperométricas, llamados así porque consisten en establecer una diferencia de potencial entre el electrodo de referencia y el electrodo de trabajo y en registrar la evolución de la corriente con el tiempo entre este mismo electrodo y el electrodo auxiliar. The mechanism for generating the electrochemical signal in the presence of the substrate and the graphs of responses recorded by the biosensors developed in this example are illustrated in Figures (1-6). The measurement data were obtained in an electrochemical cell, equipped with three electrodes; reference, auxiliary and working (silver / silver chloride, platinum and the biosensor manufactured according to the description, respectively) and using a potentiostat (PalmSens Electrochemical Sensor Interfaces, Palm Instruments BV Holland) equipped with own software for the establishment of the signal of excitation of the system and for recording the electrochemical response. The electro-analytical methods used in these examples were the amperometric and / or chrono-amperometric measurements, so named because they consist in establishing a potential difference between the reference electrode and the working electrode and recording the evolution of the current with the time between this same electrode and the auxiliary electrode.

En todos los casos de este ejemplo, la celda contiene una disolución tampón fosfato pH 7 y una cantidad de azul de meldola igual a 0,1 mmolar. En la figura 2 se demuestran resultados de amperogramas obtenidos mediante el biosensor de glucosa. Para realizar esas medidas se añade a la disolución de medida un volumen calculado de una disolución patrón de glucosa, se establece una diferencia de potencial entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia igual a 50 mV y se registra la variación de corriente entre el electrodo de trabajo y el electrodo auxiliar. El sistema bajo continua polarización alcanza una corriente límite independiente del tiempo llamada también corriente difusional o corriente de Cottrell. Esta corriente es directamente proporcional a la concentración de la glucosa por lo que la recta de calibrado ilustrada en la figura 3 se obtuvo directamente correlacionando la corriente registrada a un tiempo de 10s suficiente para alcanzar la corriente límite con la concentración de glucosa presente en la celda (0, 0,1; 0,4; 0,6; 1 g/L). In all cases of this example, the cell contains a pH 7 phosphate buffer solution and an amount of meldola blue equal to 0.1 mmolar. Figure 2 shows results of amperograms obtained by the glucose biosensor. To perform these measurements, a calculated volume of a standard glucose solution is added to the measurement solution, a potential difference is established between the working electrode and the reference electrode equal to 50 mV and the current variation between the current is recorded. Work electrode and auxiliary electrode. The system under continuous polarization reaches a limit current independent of the time also called diffusion current or Cottrell current. This current is directly proportional to the concentration of glucose, so the calibration line illustrated in Figure 3 was obtained directly by correlating the current registered at a time of enough to reach the limit current with the concentration of glucose present in the cell. (0, 0.1; 0.4; 0.6; 1 g / L).

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En el resto de los casos, biosensores de alcohol y de acido málico, se han usado las medidas cronoamperométricas. Después de introducir los tres electrodos en la celda de medida que contiene el buffer y el mediador, se polariza el electrodo de trabajo a un potencial de 50 mV (vs Ag/AgCl) y se registra la evolución de la corriente producida. El sistema bajo continua polarización se establece alcanzando la misma corriente límite. Al inyectar el sustrato enzimático en la celda se produce re-oxidación del mediador electroquímico en la superficie del electrodo lo cual se traduce en saltos de la corriente registrada como lo destacan las figuras 3 y 5. La magnitud de esos saltos es directamente proporcional a la concentración del sustrato enzimático y sirve para elaborar las rectas de calibrado directamente como ilustra figura 4. In the rest of the cases, alcohol and malic acid biosensors, chronoamperometric measurements have been used. After introducing the three electrodes into the measuring cell containing the buffer and the mediator, the working electrode is polarized to a potential of 50 mV (vs Ag / AgCl) and the evolution of the current produced is recorded. The system under continuous polarization is established reaching the same limit current. When the enzyme substrate is injected into the cell, re-oxidation of the electrochemical mediator occurs on the surface of the electrode, which translates into jumps of the current recorded as shown in Figures 3 and 5. The magnitude of these jumps is directly proportional to the concentration of the enzyme substrate and serves to prepare the calibration lines directly as illustrated in figure 4.

En el caso de optar por no inmovilizar las enzimas, esas sustancias fueron retenidas con una junta tórica o se han añadido directamente en la celda electroquímica. El seguimiento de la actividad enzimática se ha realizado mediante registro de las mismas curvas cinético-electroquímicas. In the case of choosing not to immobilize the enzymes, these substances were retained with an O-ring or added directly to the electrochemical cell. The enzymatic activity was monitored by recording the same kinetic-electrochemical curves.

Ejemplo 2: obtención del material de la invención con un soporte de oro mediante epoxidación directa del mismo. Example 2: obtaining the material of the invention with a gold support by direct epoxidation thereof.

A un electrodo de oro se le aplicó una reducción con agua regia para generar grupos OH en su superficie, después se secó en un ambiente de nitrógeno y se introdujo inmediatamente en una disolución de tolueno que contiene 0,17 mol/L de GPS que se dejó toda la noche en agitación y bajo atmósfera de nitrógeno. Con este proceso se realizó la hidrólisis del organosilano dando lugar a una superficie de oro dotada de grupos epoxi. Este mismo electrodo se introdujo en una disolución de 2 mg/mL de NAD+ a pH básico y se procedió a la inmovilización orientada de este cofactor durante un mínimo de 24h a temperatura ambiente. La inmovilización de las enzimas se realizó como en el ejemplo anterior. A gold electrode was applied with a reduction with royal water to generate OH groups on its surface, then dried in a nitrogen environment and immediately introduced into a toluene solution containing 0.17 mol / L of GPS that was left overnight under stirring and under nitrogen atmosphere. With this process the hydrolysis of the organosilane was carried out giving rise to a gold surface equipped with epoxy groups. This same electrode was introduced in a solution of 2 mg / mL of NAD + at basic pH and the oriented immobilization of this cofactor was carried out for a minimum of 24 hours at room temperature. Enzyme immobilization was performed as in the previous example.

 : obtención del material de la invención con un soporte de nanopartículas de sílice mediante funcionalización de las mismas en una suspensión coloidal. : obtaining the material of the invention with a support of silica nanoparticles by functionalizing them in a colloidal suspension.

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Siguiendo la misma química base de los ejemplos 1 y 2, la funcionalización de nanopartículas con grupo epoxi y su reacción con el cofactor puede tener lugar también en una suspensión coloidal. Esto se ha llevado a cabo mediante el siguiente procedimiento: 3,025 mmoles de TEOS correspondiente a 0,674 mL se añadieron a 5 una disolución de etanol 21,37 mL, y a continuación se añadieron 1,07 mL del catalizador amoniaco gota a gota bajo agitación magnética y se dejó la reacción en proceso durante 8h. Al terminar este tiempo se procedió a un secado en placa calefactora a 80ºC para la evaporación de todo el etanol. Una vez recuperado el sólido se tomaron 25 mg y se disolvieron en 10 mL de tolueno. A esta disolución se le añadió 10  + como en 15 los ejemplos 1 y 2. Al resultado de esa reacción se le aplicó una diálisis con una membrana de 2000. Se extrajo el producto y se guardó en el refrigerador para aplicarlo directamente sobre la superficie del electrodo previamente lavado. Se aplicó 5 µL de esta suspensión a un electrodo de carbono vitrificado (Metrohm AG 3mm) y se añadieron también las enzimas (en concreto la glucosa deshidrogenasa y la 20 diaforasa). Seguidamente se añadió el mediador químico tetratiafulvaleno (TTF), (CAS nº 31366-25-3) y se aplicó la retención en una membrana de diálisis (10000) sujeta con una junta tórica. Ejemplo de las curvas crono-amperometericas en presencia del analito están ilustrados en las figura 7. Las medidas fueron realizadas como en el ejemplo 1, salvo que en este caso no fue necesario añadir el mediador a la disolución Following the same base chemistry of Examples 1 and 2, the functionalization of nanoparticles with epoxy group and their reaction with the cofactor can also take place in a colloidal suspension. This has been carried out by the following procedure: 3,025 mmol of TEOS corresponding to 0.674 mL was added to a solution of ethanol 21.37 mL, and then 1.07 mL of the ammonia catalyst was added dropwise under magnetic stirring and The reaction was left in process for 8h. At the end of this time, a heating plate was dried at 80 ° C to evaporate all the ethanol. Once the solid was recovered, 25 mg were taken and dissolved in 10 mL of toluene. To this solution, 10 + was added as in Examples 1 and 2. A dialysis with a 2000 membrane was applied to the result of that reaction. The product was extracted and stored in the refrigerator to be applied directly to the surface of the previously washed electrode. 5 µL of this suspension was applied to a vitrified carbon electrode (Metrohm AG 3mm) and the enzymes (specifically glucose dehydrogenase and diaphorase) were also added. The tetrathiafulvalene chemical mediator (TTF), (CAS No. 31366-25-3) was then added and retention was applied on a dialysis membrane (10000) secured with an O-ring. Example of the chrono-amperometer curves in the presence of the analyte are illustrated in Figure 7. The measurements were made as in Example 1, except that in this case it was not necessary to add the mediator to the solution.

25 tampón y que el potencial aplicado fue igual a 100mV vs Ag/AgCl. 25 buffer and that the applied potential was equal to 100mV vs Ag / AgCl.

Claims (21)

imagen1image 1 REIVINDICACIONES 1. Material funcionalizado de fórmula general (I): S-L-C 1. Functionalized material of general formula (I): S-L-C 5 (I) donde:  S es un soporte electródico,  L es un grupo puente que comprende el grupo de fórmula (II) 5 (I) where:  S is an electrode support,  L is a bridge group comprising the group of formula (II) imagen2image2 10 10 imagen3image3 (II) (II)  C es un cofactor que se selecciona de entre NAD+, NADP+, NADH o NADPH, caracterizado porque C se une a L mediante un enlace covalente a través del grupo amino primario de la posición 6 de la adenina de C.  C is a cofactor that is selected from NAD +, NADP +, NADH or NADPH, characterized in that C binds to L through a covalent bond through the primary amino group at position 6 of the adenine of C. 15 fifteen 2. Material según la reivindicación 1 donde el soporte S se selecciona de entre metales nobles, materiales de carbono, óxidos de metales de transición, dopados o sin dopar, fibra óptica, polímeros, mica, vidrio, silicio o sílice. 2. Material according to claim 1 wherein the support S is selected from noble metals, carbon materials, transition metal oxides, doped or undoped, fiber optics, polymers, mica, glass, silicon or silica. 20 3. Material según la reivindicación anterior donde el soporte se selecciona de entre oro, plata, platino o paladio. 3. Material according to the preceding claim wherein the support is selected from gold, silver, platinum or palladium. 4. Material según la reivindicación 2 donde el material se selecciona de entre 4. Material according to claim 2 wherein the material is selected from nanotubos de carbono, grafito, grafeno, fullereno o microfibras de carbono. 25 Carbon nanotubes, graphite, graphene, fullerene or carbon microfibers. 25 5. Material según la reivindicación 2 donde el soporte es un óxido de estaño o zinc dopado con indio o flúor. 5. Material according to claim 2 wherein the support is a tin or zinc oxide doped with indium or fluorine.
6. 6.
Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 donde el soporte se 30 encuentra en forma de nanopartículas. Material according to any one of claims 1 to 5 wherein the support is in the form of nanoparticles.
7. Material según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el soporte comprende un recubrimiento adicional que se une al grupo puente L. 7. Material according to any of the preceding claims wherein the support comprises an additional coating that joins the bridge group L.
8. 8.
Material según la reivindicación 7 donde el recubrimiento es un polímero o mezcla 5 de polímeros. Material according to claim 7 wherein the coating is a polymer or mixture of polymers.
imagen4image4
9. Material según la reivindicación 7 donde el recubrimiento es una capa de silano sintetizada mediante sol-gel. 9. Material according to claim 7 wherein the coating is a silane layer synthesized by sol-gel. 10 10. Material según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende al menos una enzima unida al cofactor C. 10. Material according to any of the preceding claims which further comprises at least one enzyme linked to cofactor C. 11. Material según la reivindicación 10 donde la enzima es una deshidrogenasa. 11. Material according to claim 10 wherein the enzyme is a dehydrogenase. 15 12. Material según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, donde la enzima está inmovilizada. 12. Material according to any of claims 10 or 11, wherein the enzyme is immobilized. 13. Material según la reivindicación anterior donde la enzima está inmovilizada 13. Material according to the preceding claim wherein the enzyme is immobilized mediante un reactivo de entrecruzamiento o mediante una membrana. 20 by a crosslinking reagent or by a membrane. twenty 14. Procedimiento de obtención del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 que comprende las siguientes etapas: 14. Method of obtaining the material according to any of claims 1 to 13 comprising the following steps: a) epoxidación del sustrato S mediante un compuesto que comprende al menos un grupo de fórmula (III), a) epoxidation of the substrate S by a compound comprising at least one group of formula (III), imagen5image5 25 b) y adición de una disolución del cofactor C al producto obtenido en la etapa (a), donde S y C se definen como en la reivindicación 1. B) and adding a solution of cofactor C to the product obtained in step (a), wherein S and C are defined as in claim 1. 30 15. Procedimiento de obtención del material cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 que comprende las siguientes etapas: 15. Method for obtaining the material any of claims 1 to 13 comprising the following steps: imagen6image6 a) epoxidación del cofactor C con un compuesto que comprende al menos un grupo de fórmula (III): a) epoxidation of cofactor C with a compound comprising at least one group of formula (III): imagen7image7 b) y deposición del producto obtenido en la etapa (a) sobre un soporte S, 5 donde C y S se definen como en la reivindicación 1. b) and deposition of the product obtained in step (a) on a support S, 5 where C and S are defined as in claim 1. 16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 ó 15 que además comprende una etapa c) de inmovilización de una enzima con afinidad por el cofactor C. 16. The method according to any of claims 14 or 15, further comprising a step c) of immobilization of an enzyme with affinity for cofactor C. 10 10
17. 17.
Procedimiento según la reivindicación anterior donde la enzima es una deshidrogenasa. Process according to the preceding claim wherein the enzyme is a dehydrogenase.
18. 18.
Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14-17 donde el compuesto Process according to any of claims 14-17 wherein the compound
15 utilizado en la etapa de epoxidación se selecciona de entre 3glicidoxipropiltrimetoxisilano, glicidol, epiclorhidrino, polietilenglicol diglicidil éter o 1,4-butanodiol diglicidil éter. 15 used in the epoxidation step is selected from 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, glycidol, epichlorohydrino, polyethylene glycol diglycidyl ether or 1,4-butanediol diglycidyl ether.
19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14-18 en el que se une al 20 soporte S un recubrimiento que comprende grupos funcionales activos. 19. A method according to any of claims 14-18 wherein a coating comprising active functional groups is attached to the support S. 20. Procedimiento según la reivindicación anterior donde los grupos funcionales activos se seleccionan de entre silanos, hidroxilos, aminas o carboxilos. 20. The method according to the preceding claim wherein the active functional groups are selected from silanes, hydroxyls, amines or carboxyls. 25 21. Uso del material funcionalizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 para la fabricación de biosensores, bioelectrodos, biopilas, biobaterías o celdas de biocombustibles. Use of the functionalized material according to any one of claims 1 to 13 for the manufacture of biosensors, bioelectrodes, biopiles, biobatteries or biofuel cells. 22. Biosensor que comprende el material funcionalizado descrito en cualquiera de las 30 reivindicaciones 1 a 13. 22. Biosensor comprising the functionalized material described in any one of claims 1 to 13. imagen8image8 23. Biopila que comprende el material funcionalizado descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13. 23. Biopila comprising the functionalized material described in any one of claims 1 to 13. 24. Método para la determinación cualitativa y/o cuantitativa del sustrato de una enzima en una muestra que comprende las siguientes etapas: a) poner en contacto dicha muestra con el biosensor de la reivindicación 22, b) someter el biosensor a condiciones que resulten en una señal electroquímica, c) medir la señal electroquímica obtenida en (b) y d) determinar cualitativa y/o cuantitativamente el sustrato a partir de la medida de 24. Method for qualitative and / or quantitative determination of the substrate of an enzyme in a sample comprising the following steps: a) contacting said sample with the biosensor of claim 22, b) subjecting the biosensor to conditions resulting in an electrochemical signal, c) measure the electrochemical signal obtained in (b) and d) determine the substrate qualitatively and / or quantitatively from the measurement of la señal electroquímica. The electrochemical signal. 25. Método según la reivindicación 24 que comprende las siguientes etapas: a) poner en contacto el biosensor de la reivindicación 22 con una disolución de medida, b) someter el producto obtenido en la etapa (a) a condiciones de transducción capaces de controlar el estado redox del compuesto C o la bio-afinidad de C con las enzimas C-dependientes, 25. The method of claim 24 comprising the following steps: a) contacting the biosensor of claim 22 with a measurement solution, b) subjecting the product obtained in step (a) to transduction conditions capable of controlling the redox state of compound C or bio-affinity of C with C-dependent enzymes, c) inyectar a la disolución de medida una mezcla de enzimas, donde al menos una de ellas es C-dependiente, d) seguir controlando y registrando la señal input indicativa del estado redox de C c) inject a mixture of enzymes into the measurement solution, where at least one of them is C-dependent, d) continue monitoring and recording the input signal indicative of the redox state of C o de la sucesión de la bio-afinidad C enzima C-dependiente, e) inyectar una muestra que contiene un sustrato a determinar y f) correlacionar la diferencia entre las señales input obtenidas en la etapas d y e or of the succession of the bio-affinity C C-dependent enzyme, e) inject a sample containing a substrate to be determined and f) correlate the difference between the input signals obtained in stages d and e con la concentración del sustrato. with the concentration of the substrate. 26. Método según la reivindicación 24 que comprende las siguientes etapas: a) poner en contacto el biosensor de la reivindicación 22 con una disolución de medida, b) someter el producto obtenido en la etapa (a) a condiciones de transducción capaces de controlar el estado redox del compuesto C o la bio-afinidad de C con las enzimas C-dependientes, 26. A method according to claim 24 comprising the following steps: a) contacting the biosensor of claim 22 with a measurement solution, b) subjecting the product obtained in step (a) to transduction conditions capable of controlling the redox state of compound C or bio-affinity of C with C-dependent enzymes, c) seguir controlando y registrando la señal input indicativa del estado redox de C c) continue monitoring and recording the input signal indicative of the redox state of C o de la sucesión de la bio-afinidad C enzima C-dependiente, or from the succession of the bio-affinity C C-dependent enzyme, imagen9image9 d) inyectar a la disolución de medida una mezcla de enzimas, donde al menos d) inject a mixture of enzymes into the measurement solution, where at least una de ellas es C-dependiente, one of them is C-dependent, e) inyectar una muestra que contiene un sustrato a determinar y e) inject a sample containing a substrate to be determined and f) correlacionar la diferencia entre las señales input obtenidas en la etapas d y e f) correlate the difference between the input signals obtained in stages d and e con la concentración del sustrato. with the concentration of the substrate.
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