Carbon dots para la detección de glucosa en fluidos simulados
89 páginas
- Autores:
-
Acosta Pereira, Emily Judith
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad EIA .
- Repositorio:
- Repositorio EIA .
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- Palabra clave:
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Londoño López, Martha Elenaf3fa30c705e6d0ed396fa9f45753f2ebSánchez Cardona, Yeseniaf118801cbb8ceb3c8ba29aa9c4e8c29a600Acosta Pereira, Emily Judith2df24b91c151e4780dc3503077f948ad2022-01-27T15:24:02Z2022-01-27T15:24:02Z2021https://repository.eia.edu.co/handle/11190/4231Acosta Pereira, E. J. (2021). Carbon dots para la detección de glucosa en fluidos simulados [tesis de pregrado, Universidad EIA]. Repositorio Institucional Universidad EIA. https://repository.eia.edu.co/handle/11190/423189 páginasRESUMEN: La diabetes es una enfermedad crónica no trasmisible, que se presenta porque las células β no producen suficiente insulina o porque el organismo no puede utilizar la insulina producida por estas células. En la actualidad hay 463 millones de adultos (20 – 79 años) diabéticos en el mundo y un poco más de 1,1 millones de adolescentes y niños menores de 20 años con diabetes tipo 1 (International Diabetes Federation. (FID), 2019). Los niveles altos de glucosa en sangre ocasionan graves complicaciones en los pacientes con diabetes e incluso la muerte, por este motivo se hace necesario medir continuamente los niveles de glucosa en sangre. Actualmente existen diversos métodos para medir la glucosa, como el glucómetro. Algunos de estos métodos son poco precisos, dolorosos, no están disponibles para toda la población y otros son demasiado costosos (Brenda et al., 2020). Por lo que probar un método de detección a partir de recursos que tengamos en la ciudad y en el país podría facilitar el acceso y disminuir los costos para los pacientes y sus familias, por otra parte explorar alternativas de detección no invasivas mejoran la adherencia del paciente al sistema de detección y mejora su calidad de vida evitándole los efectos secundarios de la detección actual. Por lo anterior, se exploró un posible sistema sencillo de detección de glucosa a partir de dos fuentes de la biodiversidad colombiana y se exploraron dos métodos de síntesis hidrotermal y síntesis de radiación por microondas. Se obtuvieron CD de piña, kiwi y pitahaya por síntesis hidrotermal, en un tiempo aproximado de 8 h; en esta síntesis no fue posible obtener un rendimiento del 100 % y los productos obtenidos son difícil de manipular aun después de estar liofilizados, ya que estos son higroscópicos por lo que es difícil conservar los productos para un posterior uso, principalmente en los CD de piña y kiwi. Adicionalmente, esta síntesis para la piña no es totalmente eficiente, ya que al evaluar la solución de CD de piña con el reactivo de Fehling se observa la presencia de azucares (residuos orgánicos), posiblemente sacarosa y fructosa los cuales son el contenido principal de esta fruta. Caso contrario de lo que sucedió en esta síntesis con la pitahaya, la cual al ser evaluada con el reactivo de Fehling no hubo reacción alguna, por lo que podríamos inferir que esta síntesis es más limpia y eficiente en la pitahaya. Con el fin de mejorar los problemas con la síntesis hidrotermal se obtuvieron CD de piña y pitahaya por síntesis de radiación de microondas y se comparan los productos obtenidos. En esta síntesis, aumento la velocidad de reacción donde se obtuvo el producto carbonizado en un tiempo estimado de 15 minutos y al liofilizarse se obtiene un producto totalmente seco; que no tienen una afinidad con la humedad, a diferencia de los productos obtenidos por síntesis hidrotermal. Al evaluar las soluciones de CD de piña y pitahaya con el reactivo de Fehling, se observó una mejora en cuanto a la reacción de este reactivo con los azucares residuales presentes en la síntesis por radiación de microondas, ya que no hay una reacción completamente del reactivo de Fehling con la solución de los CD de piña, obteniendo así un color verdoso, que podría indicar que el grupo cetona de la fructosa pudo haberse enolizado a la forma aldehído al reaccionar con monosacáridos (Paredes et al., 2020; Universidad CEU Cardenal Herrera, s/f), por lo que podríamos inferir que hay menos presencia de residuos orgánicos en la síntesis por radiación de microondas que por la síntesis hidrotermal, por lo que al parecer es más eficiente la síntesis por radiación de microondas para obtener CD de piña. Una vez obtenidos los CD se implementaron técnicas de caracterización como FTIR, TEM, UV/Vis, fluorescencia, DLS y potencial ζ. En los CD por ambas síntesis, radiación por microondas e hidrotermal; se observó que al funcionalizar los andamios con hidrogeles de quitosano estos tenían un efecto tipo filtro, por lo que se reducían las poblaciones de partículas de mayor tamaño (partículas entre 100 nm – 1000 nm) y se lograban observar las partículas de menor tamaño (partículas < 5 nm) como la mayor población. También se observó que la funcionalización tenía un efecto en la estabilidad de las nanopartículas y en la magnitud de atracción de cargas entre las partículas, pasando de signo negativo a positivo, posiblemente debido a que los grupos NH+ de carga positiva del quitosano contribuyen a la formación de enlaces de hidrógeno cuando interactúan electrostáticamente con los grupos OH predominantes de los CD (Konwar et al., 2015). Por otro lado, se obtuvieron partículas de apariencia esférica, fluorescentes, con tamaños que variaron de 0,7 nm a 3,2 nm. Finalmente, se observó que la funcionalización de los CD es necesaria para lograr una interacción de estos CD con la glucosa, por lo que al estar funcionalizados se presentó un sistema ON/OFF donde la fluorescencia de los CD de piña y pitahaya se iban apagando al adicionar glucosa y este apagado era inversamente proporcional a la concentración de glucosa presente en el sistema. Se observó que este apagado era visible desde una concentración de 500 ppm, por lo que no es necesaria una concertación tan alta de CD. Esto es muy positivo, ya que altas concentraciones de CD podrían ser toxicas para las células, lo que podría ser un inconveniente si se quisiera probar más adelante su citocompatibilidad. Por lo tanto, estos CD muestran un potencial prometedor para ser utilizados como sistemas de detección de glucosa en fluidos simulados.ABSTRACT: Diabetes is a chronic non-communicable disease, which occurs because the β-cells do not produce enough insulin or because the body cannot use the insulin produced by these cells. There are currently 463 million adults (20 - 79 years) with diabetes worldwide and just over 1.1 million adolescents and children under the age of 20 with type 1 diabetes (International Diabetes Federation. (FID), 2019). High blood glucose levels cause serious complications in patients with diabetes and even death, for this reason it is necessary to continuously measure blood glucose levels. Currently there are several methods to measure glucose, such as the glucometer. Some of these methods are inaccurate, painful, not available to the whole population and others are too expensive(Brenda et al., 2020). Therefore, testing a detection method based on resources we have in the city and in the country could facilitate access and reduce costs for patients and their families. Therefore, a possible simple glucose detection system was explored from two sources of Colombian biodiversity and two methods of hydrothermal synthesis and microwave radiation synthesis were explored. Pineapple, kiwi and pitahaya CDs were obtained by hydrothermal synthesis, in a time of approximately 8 h; in this synthesis it was not possible to obtain a 100% yield and the products obtained are difficult to handle even after being lyophilized, since they are hygroscopic and therefore it is difficult to conserve the products for later use, mainly in the pineapple and kiwi CDs. Additionally, this synthesis for pineapple is not totally efficient, since when evaluating the pineapple CD solution with Fehling's reagent, the presence of sugars is observed, possibly sucrose and fructose, which are the main content of this fruit. Contrary to what happened in this synthesis with pitahaya, which when evaluated with Fehling's reagent there was no reaction, so we could infer that this synthesis is cleaner and more efficient in pitahaya. In order to improve the problems with the hydrothermal synthesis, pineapple and pitahaya CDs were obtained by microwave radiation synthesis and the products obtained are compared. In this synthesis, the reaction speed increased and the carbonized product was obtained in an estimated time of 15 minutes, and when freeze-dried, a totally dry product was obtained that does not have an affinity with humidity, unlike the products obtained by hydrothermal synthesis. When evaluating the pineapple and pitahaya CD solutions with Fehling's reagent, an improvement was observed regarding the reaction of this reagent with the residual sugars present in the synthesis by microwave radiation, since there is not a complete reaction of Fehling's reagent with the pineapple CD solution, thus obtaining a greenish color, which could indicate that the ketone group of the fructose could have enolized to the aldehyde form when reacting with monosaccharides (Paredes et al., 2020; Universidad CEU Cardenal Herrera, s/f), so we could infer that there is less presence of residual sugars in the synthesis by microwave radiation than by hydrothermal synthesis, so apparently it is more efficient the synthesis by microwave radiation to obtain pineapple CDs. Once the CDs were obtained, characterization techniques such as FTIR, TEM, UV/Vis, fluorescence, DLS and ζ-potential were implemented. In the CDs by both synthesis, microwave and hydrothermal radiation; it was observed that when functionalizing the scaffolds with chitosan hydrogels these had a filter type effect, so that the populations of larger particles (particles between 100 nm - 1000 nm) were reduced and the smaller particles (particles < 5 nm) were observed as the largest population. It was also observed that functionalization had an effect on the stability of the nanoparticles and on the magnitude of charge attraction between the particles, changing from negative to positive sign, possibly due to which the positively charged NH+ groups of chitosan contribute to the formation of hydrogen bonds when interacting electrostatically with the predominant OH groups of the DCs (Konwar et al., 2015). On the other hand, spherical-appearing, fluorescent particles with sizes ranging from 0.7 nm to 3.2 nm were obtained. Finally, it was observed that the functionalization of the DCs is necessary to achieve an interaction of these DCs with glucose, so that when they were functionalized, an ON/OFF system was presented where the fluorescence of the pineapple and pitahaya DCs turned off when glucose was added and this turn off was inversely proportional to the concentration of glucose present in the system. It was observed that this quenching was visible from a concentration of 500 ppm so that such a high concentration of CD is not necessary, this is very positive since high concentrations of CD could be toxic to the cells, which could be a drawback if one wanted to further test their cytocompatibility. Therefore, these DCs show promising potential for use as glucose sensing systems in simulated fluids.PregradoIngeniero(a) Biomédico(a)application/pdfspaUniversidad EIAIngeniería BiomédicaEscuela de Ciencias de la VidaEnvigado (Antioquia, Colombia)Derechos Reservados - Universidad EIA, 2021https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Carbon dots para la detección de glucosa en fluidos simuladosTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionTexthttps://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fDiabetes MellitusCarbon DotsGlucosaPiñaPitahayaBiodiversidadGlucosePineappleDragon fruitBiodiversityPublicationORIGINALAcostaEmily_2021_CarbonDotsDeteccion.pdfAcostaEmily_2021_CarbonDotsDeteccion.pdfTrabajo de gradoapplication/pdf7528301https://repository.eia.edu.co/bitstreams/2f84cb8e-c5f9-4f2f-8055-c7951a121ed5/download383ec265d46037b86e374ea69cb88401MD58LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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