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, complementarietat, l'efecte de cooperatividad, l'efecte quelat, autoensamblaje molecular i la selectivitat d'acort al sensor molecular. 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.

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, forces de van der Waals, interaccions π-π, enllaços electrofílicas, electroestáticas i/o efectes electromagnètics. 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, la qual cosa 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.

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.

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.

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.

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.

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). Els sensors moleculars que contenen dispositius òptics, transformen els canvis de fenomen òptic, els quals són el resultat de l'interacció del 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:

Absorbancia

És medida en un mig transparent, causat per la absorbancia del 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:

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 del 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 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.