Materiais nanoestruturados e líquido iônico aplicados na construção de biossensores para compostos fenólicos

Abstract

Este trabalho relata o desenvolvimento de dois diferentes biossensores enzimáticos construídos a partir de materiais nanoestruturados (nanopartículas metálicas e nanotubos de argila) e líquido iônico. O primeiro biossensor foi construído com nanopartículas de platina dispersas em líquido iônico hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazólio e peroxidase de broto de trevo (Trifolium) imobilizada sobre nanotubos de haloisita. Esse biossensor foi otimizado para a determinação de catecolaminas por voltametria de onda quadrada, apresentando os seguintes limites de detecção: 0,05, 0,06, 0,07, 0,12 µmol L-1 para dopamina, isoproterenol, dobutamina e epinefrina, respectivamente. O biossensor demonstrou alta sensibilidade, repetibilidade e reprodutibilidade, e adequada estabilidade (redução de apenas 18% nas respostas analíticas no decorrer de 180 dias de avaliação). Um estudo de recuperação de dopamina em amostras farmacêuticas resultou em valores 97,5-101,4%. O biossensor proposto foi aplicado com sucesso na determinação de dopamina em amostras farmacêuticas, com um erro relativo máximo de ±1,0%, em relação a um método comparativo espectrofotométrico. Já o segundo biossensor foi construído com lacase de Aspergillus oryzae imobilizada sobre nanopartículas de ouro revestidas com polietilenoimina. A ocorrência de transferência eletrônica direta entre o centro eletroativo da lacase e a superfície do biossensor foi observada por voltametria cíclica, sugerindo que as nanopartículas de ouro estariam contribuindo para tal processo. A resposta do biossensor indicou um processo controlado por transferência de carga, com constante aparente de velocidade de transferência de elétrons (ks) de 0,4 s-1, coeficiente de transferência de carga (?) de 0,5, e concentração de espécies eletroativas na superfície do eletrodo ( ) de 3,45x10-10 mol cm-2. O biossensor otimizado mostrou os seguintes limites de detecção para os compostos fenólicos testados: 0,03 µmol L-1 para o catecol e o guaiacol, 0,14 µmol L-1 para o pirogalol e 0,21 µmol L-1 para a hidroquinona, utilizando voltametria de onda quadrada. O biossensor proposto demonstrou elevada sensibilidade, adequada repetibilidade e reprodutibilidade, e satisfatória estabilidade (decréscimo de apenas 20% na resposta analítica após 90 dias). Este biossensor foi aplicado com sucesso na quantificação de catecol em amostras de água fortificadas.<br>

Abstract : This study reports the development of two different enzyme biosensors constructed from nanostructured materials (metallic nanoparticles and clay nanotubes) and ionic liquid. The first biosensor was constructed with platinum nanoparticles dispersed in 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid and enzyme peroxidase from clover sprouts (Trifolium) immobilized on halloysite nanotubes. This biosensor was optimized for the determination of catecholamines by square-wave voltammetry, with the following detection limits: 0.05, 0.06, 0.07, 0.12 umol L-1 for dopamine, isoproterenol, dobutamine and epinephrine, respectively. The biosensor demonstrated high sensitivity, repeatability and reproducibility, and adequate stability (reduction of only 18% in the analytical responses during 180 days of evaluation). A recovery study of dopamine in pharmaceutical samples gave values from 97.5 to 101.4%. The proposed biosensor has been successfully applied in the determination of dopamine in pharmaceutical samples, with a maximum relative error of +-1.0% compared to the spectrophotometric official method. The second biosensor was constructed with laccase from Aspergillus oryzae immobilized on polyethyleneimine-coated gold nanoparticles. The occurrence of direct electron transfer between the electroactive center of laccase and the electrode surface was observed by cyclic voltammetry, suggesting that the gold nanoparticles would be contributing to this process. The biosensor response indicated a process controlled by charge transfer with an apparent electron transfer rate constant (ks) of 0.4 s-1, charge transfer coefficient (a) of 0.5, and surface coverage concentration ( ) of 3.45x10-10 mol cm-2. The optimized biosensor showed the following limits of detection for the phenolic compounds tested: 0.03 umol L-1 for catechol and guaiacol; 0.14 umol L-1 for pyrogallol and 0.21 umol L-1 for hydroquinone, using square-wave voltammetry. The proposed biosensor demonstrated high sensitivity, adequate repeatability and reproducibility, and satisfactory stability (decrease of only 20% in analytical response after 90 days). This biosensor was successfully applied to catechol quantification in spiked water samples.