Imunossensor eletroquímico label-free baseado em ácido polilático/grafeno e impresso 3D para a detecção de microcistina-LR

Abstract

A contaminação ambiental das águas naturais, ocasionada pelo gerenciamento inadequado de resíduos industriais, agrícolas e urbanos, causa um grande impacto à saúde pública. Como consequência, ocorre a eutrofização da água, favorecendo a proliferação excessiva de cianobactérias. Além de causarem sabor e odor desagradáveis na água, as cianobactérias podem produzir algumas toxinas chamadas de microcistinas, que podem causar câncer hepático ou levar à óbito. Tais cianobactérias também são caracterizadas pela propriedade de bioacumulação, podendo ser encontrada no fígado e músculo de peixes, intoxicando os que deles se alimentam. Assim, a OMS estabelece um limite de 1,0 μg L-1 ou 1,0 ng mL-1 de microcistina-LR na água potável. Dentre as formas de detecção de microcistinas, a utilização de sensores eletroquímicos oferece vantagens como elevada sensibilidade, simplicidade instrumental, relativo baixo custo e possibilidade de miniaturização. Nos últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D, uma nova classe de eletrodos plásticos com aplicações em eletroanálise tem sido estudada. Nesse tipo de eletrodo, materiais como grafeno são adicionados ao polímero ácido polilático, tornando-o condutor. Entretanto, devido à baixa concentração do material condutor, pré-tratamentos como a ativação eletroquímica em NaOH são aplicados para melhorar o desempenho dos eletrodos. Neste projeto, o eletrodo 3D foi ativado eletroquimicamente em NaOH 1,0 mol L-1 pela aplicação de +1,6 V vs. Ag/AgCl, KCl(saturado) por 1800 s. Após ativado, um imunossensor 3D para a detecção de microcistina-LR foi construído através da imobilização covalente do anticorpo anti-microcistina-LR via EDC/NHS. Com a realização da otimização dos parâmetros da técnica eletroanalítica de voltametria de onda quadrada, uma curva de calibração foi construída. Os limites de detecção e de quantificação foram de 1,28 e 3,88 ng mL-1, respectivamente.

The environmental contamination of natural waters, caused by inadequate management of industrial, agricultural and urban waste, has a major impact on public health. As a consequence, water eutrophication occurs, favoring the excessive proliferation of cyanobacteria. In addition to causing unpleasant taste and odor in water, cyanobacteria can produce some toxins called microcystins, which can cause liver cancer or lead to death. Such cyanobacteria are also characterized by the property of bioaccumulation, and can be found in the liver and muscle of fish, intoxicating those who feed on them. Thus, the WHO establishes a limit of 1.0 μg L-1 or 1.0 ng mL-1 of microcystin-LR in drinking water. Among the ways of detecting microcystins, the use of electrochemical sensors offers advantages such as high sensitivity, instrumental simplicity, relatively low cost and the possibility of miniaturization. In recent years, with the development of 3D printing technology, a new class of plastic electrodes with applications in electroanalysis has been studied. In this type of electrode, materials such as graphene are added to the polylactic acid polymer, making it conductive. However, due to the low additive concentration, pre-treatments such as electrochemical activation in NaOH are applied to improve the performance of the electrodes. In this project, the 3D electrode was electrochemically activated in 1.0 mol L-1 NaOH by applying +1.6 V vs. Ag/AgCl, KCl(saturated) for 1800 s. After activation, a 3D immunosensor for the detection of microcystin-LR was constructed through covalent immobilization of the anti-microcystin-LR antibody via EDC/NHS. With the optimization of the parameters of the electroanalytical technique of square wave voltammetry, a calibration curve was constructed. The limits of detection and quantification were 1.28 and 3.88 ng mL-1, respectively.