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Los electrodos de oro son, dentro de todos los electrodos metálicos de trabajo disponibles, los más empleados en electroquímica y, puntualmente, en el desarrollo de biosensores. Esto se debe, por un lado, a la facilidad con la que pueden ser modificados con un gran número de moléculas a través de la derivatización con tioles [35,36]; y, por el otro, a la posibilidad que ofrece el oro de ser estudiado por otras técnicas tales como SPR, microbalanza de cristal de cuarzo, microscopio de efecto túnel, entre otras. En el presente trabajo de Tesis se utilizaron electrodos CHI101 de 2 mm de diámetro (CHInstruments).

Al igual que con los GCE, un factor importante en el uso de Au es la dependencia de la respuesta (en términos de actividad, estabilidad y reproducibilidad) con las condiciones de la superficie del electrodo. Para poder utilizar los electrodos de oro (Au), es necesario realizar un pre-tratamiento exhaustivo con el objetivo de acondicionar la superficie metálica. Existen diversos protocolos según las características del oro y su finalidad de uso [37]. El utilizado en el presente trabajo de Tesis consistió en 4 pasos:

1. Pulido químico: los electrodos se colocaron en una solución “piraña” durante 10 min. Esta solución, al ser oxidante y exotérmica al momento de preparación, oxida los compuestos orgánicos que pueda llegar a tener el electrodo.

2. Pulido mecánico: se pulieron hasta “apariencia espejo” en suspensiones acuosas de alúmina 1 y 0,3 m, sucesivamente, sobre paño DP-Nap (Struers). En caso de ser necesario, previamente se los trató con pasta de diamante de 1 m en etilenglicol.

3. Tratamiento con solución “piraña”: efectuado durante 1 min para remover partículas de alúmina que se incrustan en la superficie.

4. Pulido electroquímico: se aplicó una secuencia de 6 ciclos de oxidación/reducción en solución de H2SO4 0,50 M. Cada ciclo corresponde a un

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pulso de 2,000 V durante 2 s (oxidación) y uno de –1,000 V durante 4 s (reducción). En algunos casos fue necesario ciclar el electrodo en la misma solución entre –0,100 y 1,700 V a 2,000 V s-1_.

Figura 2.19. Voltamperograma cíclico sobre Au policristalino en H2SO4 0,50 M. El área

coloreada muestra la carga debida a la reducción de los óxidos de Au. v = 0,100 V s-1_.

El estado superficial de los electrodos de Au se verificó realizando un VC en H2SO4 0,50 M a 0,100 V s-1_{, como se muestra en la figura 2.19. En el barrido directo, hasta 1,100} V se observa solamente corriente capacitiva y dicho potencial corresponde al límite superior de la “ventana” de trabajo. Los 3 picos de corriente que se obtienen por encima de 1,100 V corresponden a la formación de los óxidos de oro (AuO) en las distintas caras cristalinas presentes en el electrodo [38]. Al revertir el barrido se observa un pico catódico correspondiente a la reducción de los óxidos de Au formados (sombreado en la figura 2.19). El área bajo el pico de reducción de los óxidos de oro es utilizada para determinar la carga (QAuO) involucrada en el proceso, el área electroactiva de los electrodos y su rugosidad, de acuerdo a las ecuaciones 2.18 y 2.19:

𝑄𝐴𝑢𝑂 = 1 𝑣∫ 𝑖 𝑑𝐸 𝐸2 𝐸1 Ecuación 2.18 𝐴 = 𝑄𝐴𝑢𝑂 420 𝜇𝐶 𝑐𝑚2 Ecuación 2.19 0,000 0,500 1,000 1,500 -60 -30 0 30

i/



A

E/V

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donde E1 y E2 son los límites de potencial de la zona sombreada en la figura 2.19, y420 μC cm-2_{, un factor que da cuenta de la carga necesaria para reducir una monocapa de} Au formada sobre una superficie policristalina de 1 cm2_[39].

La formación de monocapas autoensambladas (SAM) de tioles es la forma más sencilla de modificar los electrodos de Au con películas orgánicas ultrafinas, las cuales le brindan a dicho sustrato funcionalidades químicas y selectividad. Su estudio es particularmente importante en el campo de los sensores [40], en la prevención de la corrosión [41,42], en la nanofabricación [36], para implantes médicos, y en biotecnología

[43], entre otros.

Figura 2.20. A Esquema de una SAM de tioles sobre un sustrato de Au. B Estructura del tiol 3- mercaptopropan sulfonato de sodio (MPS). C Estructura del tiol 4-aminotiofenol (4ATP).

Las SAM (figura 2.20 A) se forman espontáneamente por inmersión de un sustrato de Au en una solución que contenga los adsorbatos (tioles). El “grupo cabeza” está formado por el grupo sulfhidrilo (–SH), que se enlaza covalentemente al sustrato (energía de enlace del orden de 50 kcal mol-1_{) y es el responsable de guiar el proceso de} autoensamblado [44]. El “esqueleto” es la cadena hidrocarbonada unida al grupo –SH y a un grupo químico, el “grupo terminal”. Este último es el que determina las propiedades químicas y físicas superficiales de la SAM [35].

El amplio rango de aplicación de las SAM se debe a la variedad de grupos funcionales que se pueden anclar al sustrato de Au, siendo el paso inicial para la construcción de arquitecturas más complejas [45]. En el presente trabajo de Tesis se implementaron SAMs para derivatizar sustratos de Au con dos objetivos distintos:

1. Para otorgarle cargas al sustrato: se utilizó el tiol alifático 3-mercapto-1- propanosulfonato de sodio (MPS, figura 2.20 B) debido a que es una molécula hidrofílica muy estable cuya carga es independiente del pH y permite la

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inmovilización posterior de polielectrolitos para la construcción de autoensamblados electrostáticos [46,47].

2. Para otorgarle grupos funcionales al sustrato: se utilizó al tiol 4-aminotiofenol (4ATP, figura 2.20 C) ya que, al ser una molécula aromática, forma SAM compactas, exponiendo a la solución una alta densidad de grupos amino que sirven para inmovilizar covalentemente otras moléculas y nanoestructuras

[48,49].

En las dos secciones siguientes se presentan los resultados de caracterización electroquímica de electrodos de Au modificados con ambos tioles y las condiciones de formación de las SAM. Estos resultados se muestran en el presente capítulo ya que la formación de SAM de MPS y 4ATP sobre Au es un tema ampliamente reportado en bibliografía pero que se debe optimizar a las condiciones superficiales de los electrodos de Au empleados en el trabajo de Tesis.