Desenvolvimento de eletrodo impresso de carbono modificado com nanofibras eletrofiadas de poli(ácido láctico) e polipirrol decoradas com nanopartículas de ouro para determinação de dopamina

Abstract

O uso de sensores eletroquímicos impressos se popularizou nos últimos anos, uma vez que estes dispositivos miniaturizados permitem análises rápidas e in loco. Os sensores podem ser produzidos por serigrafia, uma técnica de impressão simples, econômica e versátil, a qual consiste na aplicação de uma tinta condutora através de uma máscara contendo o desenho dos eletrodos. A fim de aprimorar o desempenho analítico do sensor, nanomateriais são utilizados como modificadores. As nanofibras poliméricas (NFs), em especial, possuem considerável área de superfície específica, de modo a facilitar processos de transferência de carga e permitir ligações e interações com outras substâncias em sua superfície. As propriedades das NFs podem ser alteradas de acordo com os parâmetros de solução e de processo de eletrofiação via solução. Neste sentido, NFs à base de poli(ácido láctico) (PLA) e polipirrol (PPy) foram eletrofiadas diretamente sobre eletrodos impressos à base de carbono (SPCE) produzidos em laboratório. A morfologia das NFs foi investigada de acordo com a concentração volumétrica de PLA e a tensão aplicada na eletrofiação. Análises por voltametria de pulso diferencial (DPV) com dopamina (DA) em solução tampão fosfato de sódio permitiram avaliar as propriedades dos SPCE/NFs e determinar o mais promissor. A porcentagem mássica de PPy foi investigada, sendo 10% (m/v) considerada ótima (PLA10PPy.DBSA), uma vez que aumentou a corrente de pico de oxidação (Ipa) da DA em duas vezes em comparação ao SPCE. Para aprimorar o desempenho eletroquímico, nanopartículas de ouro (NPs-Au) foram adsorvidas na superfície do SPCE/PLA10PPy.DBSA, o que permitiu aumentar Ipa da DA em quatro vezes em relação ao SPCE. Além disso, foi observado uma diminuição da resistência à transferência de carga (Rct) e da separação entre os potenciais de pico (?E_p), indicando atividade eletrocatalítica das NPs-Au para a oxidação da DA e maior reversibilidade do processo. Como prova de conceito, o SPCE/PLA10PPy.DBSA-Au foi avaliado para a determinação de DA em amostra de urina simulada, apresentando faixa linear de trabalho entre 2,5 e 50 µmol L-1 (R2 = 0,9987), LOD de 0,69 µmol L-1 e LOQ de 2,28 µmol L-1. O sensor desenvolvido é seletivo para DA na presença de ácido úrico e ácido ascórbico, apresenta reprodutibilidade (desvio padrão relativo de 7,13%) e estabilidade por pelo menos 6 semanas.

Abstract: The use of electrochemical sensors has become popular in recent years, as these miniaturized devices allow accurate on-site analyzes. The sensors can be produced by screen-printing, a simple, economical and versatile printing technique, which consists of applying a conductive ink through a mask containing the design of the electrodes. In order to improve the analytical performance of the sensor, nanomaterials are used as modifiers. Conductive nanofibers (NFs), in particular, have a considerable specific surface area, which ease charge transfer processes and allow bonding and interactions with other substances on their surface. The properties of the NFs can be changed according to the parameters of the solution and the solution electrospinning process. Therefore, NFs based on poly(lactic acid) (PLA) and polypyrrole (PPy) were directly electrospun on screen-printed carbon electrodes (SPCE) produced in laboratory. The NFs morphology was investigated according to the volumetric concentration of PLA and the voltage applied in electrospinning. Differential pulse voltammetry (DPV) analyzes with dopamine (DA) in phosphate buffer solution allowed evaluating the properties of SPCE/NFs and determining the most promising one. The mass percentage of PPy was investigated, and 10% (w/v) was considered optimal (PLA10PPy.DBSA), since it increased the DA peak oxidation current (Ipa) twice in comparison to SPCE. To improve the electrochemical performance, gold nanoparticles (Au-NPs) were adsorbed on the surface of PLA10PPy.DBSA/SPCE, which allowed to increase DA Ipa by four times compared to SPCE. In addition, a decrease in charge transfer resistance (Rct) and in the separation between peak potentials (?E_p) was observed, indicating electrocatalytic activity of Au-NPs for DA oxidation and greater reversibility of the process. As a proof of concept, Au-PLA10PPy.DBSA/SPCE was evaluated for the determination of DA in a simulated urine sample, presenting a linear range between 2.5 and 50 µmol L-1 (R2 = 0.9987), LOD of 0.69 µmol L-1 and LOQ of 2.28 µmol L-1. The developed sensor is selective for DA in the presence of uric acid and ascorbic acid, it presents reproducibility (relative standard deviation of 7.13%) and stability for at least 6 weeks.