Electrodos modificados con quitosano y partículas de platino para la determinación rápida de Escherichia coli

Abstract

La contaminación de agua es uno de los más grandes problemas de la actualidad, y debido a esto es considerado como uno de los principales factores causante de muerte y enfermedades en todo el mundo. Sin embargo la contaminación del agua no solo está involucrada con respecto a contaminantes químicos, sino también a sedimentos y sólidos suspendidos, nutrientes, y contaminantes biológicos. Los contaminantes biológicos son microorganismos (bacterias, virus, protozoarios y helmintos) que son peligrosos para el ser humano; una incontable cantidad de éstos existen en el medio ambiente, y además en el cuerpo de los seres humanos y los animales. Muchas enfermedades infecciosas son causadas por contaminantes biológicos, tales como la tifoidea y la cólera, son las más común y el más grande riesgo de la salud pública asociada con el agua potable. Existen diversas bacterias patógenas causantes de estas enfermedades, la presencia de bacterias coliformes, y en especial el Escherichia coli, pueden indicar la presencia de organismos peligrosos. El método más común usado para la determinación de este tipo de bacterias es el conteo de unidades formadoras de colonias (UFC) en placas, luego del sembrado de una muestra en caldo nutritivo y su incubación por 24 horas. En este trabajo se estudia el comportamiento de un compósito de un biopolímero y un metal noble, preparado in situ, frente a la presencia de bacterias Escherichia coli, para así poder determinar de manera rápida y efectiva la concentración de éstas (UFC) en muestras de agua. El biopolímero estudiado es el quitosano, uno del más ampliamente investigado debido a sus excelentes propiedades como por ejemplo la no toxicidad y la biocompatibilidad, así como su capacidad de absorción de metales pesados y su poder bactericida. Aprovechamos estas dos últimas propiedades, y su poder reductor para aumentar la conductividad del quitosano introduciendo en la red polimérica átomos metálicos que pueden crecer en el rango de los nanómetros según el método usado. Si bien es cierto que el quitosano llega a ser un conductor iónico debido a la protonación y desprotonación de sus grupos amino, es necesario el uso de partículas metálicas como el platino, que mejoran la conductividad del mismo y además aportan con su actividad electrocatálitica. Experimentalmente se ha comprobado que la interacción biológica entre el quitosano en medio ácido y la bacteria produce la inhibición del crecimiento de bacterias atribuyéndole actividad bactericida al quitosano, lo cual ya ha sido estudiando en la literatura, donde se indica que los grupos amino del quitosano interactúan electrostáticamente con la carga negativa de la pared celular, asociada a fosfolípidos y polifosfatos. De esta manera a partir de estos resultados, se preparan nuevos electrodos modificados usando una película de quitosano como matriz y depositando sobre ella partículas de platino las cuáles proporcionan una mayor conductividad y área superficial así como su propiedad electrocatalítica. La determinación cuantitativa se realiza por potenciometría en donde se encuentra la relación lineal entre el potencial medido y el logaritmo de la concentración (mediante recuento en placas) con factores de correlación entre 0.97096 y 0.99811. Se realiza una comparación del comportamiento individual de cada uno de los compuestos, así como la caracterización estructural y superficial; además de la comparación de respuestas poteniométricas y de las curvas de calibración entre dos ensayos. Las pruebas experimentales se llevaron a cabo en su mayoría en el Laboratorio de Investigación de Electroquímica Aplicada, mientras que algunas de las pruebas biológicas fueron realizadas en el Laboratorio de Microbiología de la Sección de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Ambiental. El análisis de los electrodos por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) fue realizado en el IPEN.