Desarrollo de nuevos materiales inteligentes como sensores para la seguridad alimentaria y la detección de gases contaminantes

Resumen

La memoria está organizada siguiendo un esquema tradicional, pero se caracteriza por comenzar con un prefacio que sitúa el contexto de la propia tesis doctoral, el cual viene seguido de una introducción y los objetivos establecidos. Posteriormente, continua con la exposición de cuatro capítulos donde se exponen los resultado obtenidos y las conclusiones extraídas individualmente para cada uno. Finalmente, se describe la parte experimental. En el Capítulo I se ubica al lector dentro del entorno de este trabajo, introduciendo los conceptos más relavantes relacionados con la seguridad alimentaria tales como regulación, etiquetado y alergías, así como definiendo los tipos de sistemas de detección en la industria alimentaria. Posteriormente, se definen y clasifican los líquidos iónicos con la finalidad de contextualizar su importancia y facilitar la comprensión de su relevancia en el presente trabajo. Finalmente, se resume el estado actual del arte con respecto a las aplicaciones de líquidos iónicos en el desarrollo de sistemas de detección para la industria alimentaria. En el Capítulo II se resumen los objetivos generales establecidos para desarrollar la presente Tesis Doctoral. En el Capítulo III se describe el desarrollo de un prototipo de kit de análisis para la detección en superficie de proteínas en el marco del proyecto de I+D de la empresa Kryptonita S.L. desde una perspectiva empresarial enfocada al lanzamiento de un producto comercial. En este apartado, el objetivo se basa en el desarrollo de un sistema sencillo y económicamente viable para su empleo como sistema de detección colorimétrica para la validación mediante una respuesta positiva/negativa de los protocolos de limpieza establecidos en la industria alimentaria. De este modo, se detalla la prueba de concepto inicial y el avance de la investigación desde la evaluación de las respectivas pruebas de campo hasta la legalización del producto. El Capítulo IV describe el desarrollo de líquidos iónicos próticos a partir de compuestos de partida basados en derivados de aminóacidos y ácidos naturales. El capítulo comienza con el estudio de diferentes estrategias para la síntesis de las α,β-aminoamidas como compuestos derivados de los aminoácidos y la evaluación del Factor E con el fin de optimizar la metodología en el contexto de la Química Sostenible. Posteriormente, una familia de compuestos se prepara con el objetivo de evaluar el efecto del tipo de aminoácido, de la cadena lateral introducida y del ácido empleado. Tras su síntesis, se reflejan los estudios de caracterización y se evalua la ionicidad de estos compuestos y la tendencia con relación a ΔpKa con respecto a lo referenciado en la bibliografía, así como un cribado inicial para estimar y determinar el perfil no toxicológico. Finalmente, se detalla su aplicación en la preparación de un tejido inteligente mediante la inmovilización de una sonda de pH gracias a su naturaleza modulable, la cual se refleja en el carácter hidrofílico/hidrofóbico y se evalua la sensibilidad colorimétrica del sistema frente a un análito tal como las aminas volátiles. El Capítulo V recoge el diseño, metodología y preparación de membranas basadas en líquidos iónicos poliméricos de naturaleza higroscópica. La estrategia está basada en la polimerización tipo tiol-eno a partir de la aminólisis de una unidad monomérica de naturaleza iónica que contiene un doble enlace y un anillo de tiolactona. Asimismo, se detallan los estudios de respuesta colorimétrica sensible al grado de humedad relativa controlada mediante la inmovilización de diferentes sondas sensibles al pH. El capítulo VI presenta la aproximación sobre como la impresión 3D a través del diseño digital facilita la obtención de materiales avanzados con geometrías complejas. En este caso, consiste en obtener materiales avanzados con grupos epóxido a partir de la polimerización por impresión 3D de una mezcla optimizada y la preparación de líquidos iónicos soportados mediante la funcionalización posterior del material avanzado. Posteriormente, se estudia y optimiza una metodología para la inmovilización de tres tipos de sondas colorimétricas y se evalua la respuesta de los sistemas frente a aminas biogénicas liberadas en el deterioro de alimentos, tales como pollo y bacalao. Finalmente, se selecciona una cuarta sonda colorimétrica para comparar la metodología de inmovilización en el líquido iónico soportado y la funcionalización covalente y, de este modo, estimar y determinar las ventajas en términos de diseño y respuesta del sistema evaluado. En el Capítulo VII se describen los procedimientos sintéticos de los diferentes productos obtenidos durante este trabajo, así como las técnicas empleadas para su caracterización y las diferentes metodologías empleadas para la evaluación de su respuesta y sensibilidad como sistemas de detección.