Design aprimorado de suportes a base de quitosana: propriedades e funcionalidade para aplicações em eletroanálise

Abstract

No presente trabalho foram desenvolvidos novos materiais combinados a base de quitosana com design aprimorado para eletroanálise, visando sua aplicação como sensores e imunossensores eletroquímicos para a detecção de poluentes ambientais e biomarcadores clínicos. Os materiais usados na modificação dos eletrodos foram caracterizados por diferentes técnicas buscando avaliar suas propriedades texturais, morfológicas e estruturais. Para a investigação do comportamento eletroquímico, foram utilizadas as técnicas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Primeiramente, a quitosana foi utilizada como estabilizante de nanopartículas de platina. O material resultante foi utilizado na modificação de um eletrodo de carbono vítreo e, aplicado na determinação simultânea dos herbicidas diuron e isoproturon em amostras de água de rio. Adicionalmente, também estudou-se a viabilidade de aplicação de um novo material híbrido magnético a base de ferrita de manganês recoberta com quitosana. Esse material foi usado na modificação de um eletrodo de carbono vítreo e, permitiu a detecção sensível e seletiva de pesticida da classe difenil éter em amostras de água da torneira e rio. Por fim, sistemas combinados de quitosana e genipina foram estudados de maneira inédita para o desenvolvimento de novos imunossensores. Filmes camada a camada foram construídos na superfície de um eletrodo de óxido de estanho dopado com flúor e, aplicados na detecção eletroquímica direta do biomarcador interleucina-6. As análises foram realizadas a partir da técnica de voltametria de onda quadrada através do uso de uma sonda redox. O método permitiu alcançar limites de detecção na faixa de pg mL-1, apresentando sensibilidade adequada para aplicações clínicas. O novo imunossensor desenvolvido foi utilizado para quantificar IL-6 em soro de indivíduos sépticos e pacientes com COVID-19. Dessa maneira, os materiais bioinspirados a base de quitosana desenvolvidos no presente trabalho apresentaram alta versatilidade e promissora resposta para aplicação no densenvolvimento de dispositivos bioeletrônicos aplicados ao dignóstico clínico e, ao monitoramento ambiental.

Abstract: In this work, novel chitosan-based combined materials were developed with improved design for electroanalysis, aiming the detection of environmental pollutants and clinical biomarkers. The synthesized materials were characterized by different techniques to evaluate their textural, morphological and structural properties. The chitosan-based supports were employed in the development of modified electrodes. To investigate the electrochemical behavior, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy techniques were employed after each modification step. First, chitosan was used as a stabilizer agent for platinum nanoparticles. The resulting material was used in the manufacture of a modified glassy carbon electrode. The novel sensor was successfully applied in the simultaneous electrochemical determination of the herbicides diuron and isoproturon in river water samples. Additionally, it was studied the potential use of a new magnetic hybrid material made from manganese ferrite and coated with chitosan in electroanalysis. This material was used to develop a modified glassy carbon electrode for the sensitive and selective determination of nitro diphenyl ether herbicide in tap and river water samples. Finally, chitosan and genipin combined self-assembled films were investigated for the development of innovative immunosensors. Layer-by-layer films were constructed on the surface of a fluorine-doped tin oxide electrode and applied for the label-free electrochemical determination of interleukin-6. The quantification was performed by square wave voltammetry in the presence of a redox probe. The novel methodology allowed to achieve detection limits in the range of pg mL-1, suitable for clinical diagnosis. The novel immunosensor was used to quantify IL-6 in serum of septic and COVID-19 patients. Thus, the chitosan-based bioinspired showed high versatility and promising response for their application in the development of novel bioelectronic devices applied in clinical diagnosis and environmental monitoring.