Avaliação e construção de biossensores para detecção de agentes anticolinesterases a partir de eletrodos impressos comerciais.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Química Analítica

Autores

Pinheiro, H.A. (UFMA) ; Silva, R.S.N. (UFMA) ; Silva, M.G.S. (UFMA) ; Marques, P.R.B.O. (UFMA)

Resumo

Os biossensores enzimáticos vêm se desenvolvendo nas ultimas décadas, sobretudo como propostas de detecção rápida para pesticidas. Nessa perspectiva, o uso de eletrodos do tipo descartáveis vem se destacando entre as publicações, sobre tudo para aplicações ambientais. O presente trabalho avaliou quatro eletrodos comerciais do tipo impressos para construção de biossensores de acetilcolinesterases para detecção de paration metílico e carbofuran. Foram efetuados estudos de caracterização eletroanalítica, modificação de superfície eletródica, avaliação da atividade enzimática, estudos de imobilização com glutaraldeído e náfion e avaliação dos processos de inibição da catálise do biossensor pelos pesticidas a partir de curvas analíticas e ensaios de recuperação em águas de abastecimento.

Palavras chaves

biossensores; contaminantes organicos; eletrodos impressos

Introdução

Os biossensores são dispositivos eletroanalíticos versáteis que vem se desenvolvendo nas últimas décadas, alcançando lugar de destaque na literatura atual, sendo considerados uma técnica de análise bastante promissora. Constituem sensores eletroquímicos da classe dos eletrodos modificados, sendo baseados na modificação da superfície eletródica de trabalho por material biológico específico, tais como enzimas. São capazes de detectar um evento de reconhecimento biológico, convertendo-o em sinal eletroquímico mensurável. Aliam-se então, a seletividade do material biológico à sensibilidade do transdutor eletroquímico. Dentre os variados tipos de biossensores enzimáticos, merecem destaque àqueles em que o monitoramento do analito é baseado no princípio de inibição da enzima, na qual a atividade é medida antes e após a inibição. Este processo é efetuado pela exposição da enzima a um inibidor específico, por um determinado tempo, sendo que a porcentagem de inibição sofrida pela enzima está quantitativamente relacionada com a concentração deste agente inibidor. As enzimas colinesterases tem sido utilizadas para esses biossensores, em conjunto com modificações da superfície eletródica, como as modificações com nanotubos de carbono, nanopartículas de ouro ou até mesmo mediadores eletroanalíticos, que visam melhorar o sinal analítico monitorado. Como base das modificações, tem sido utilizados os eletrodos impressos descartáveis, pois são versáteis e servem para construção de biossensores do tipo screening, que possibilitam sinal semiquantitativo de amostras potencialmente tóxicas que podem ser destinadas a laboratórios para avaliação mais precisa. A avaliação de bases eletródicas comerciais para construção de biossenssores tem sido efetuada com resultados promissorres

Material e métodos

Utilizou-se os seguintes equipamentos: potenciostato/galvanostato μAUTOLAB e espectrofotômetro Hewlett Packard-845. Foram utilizados eletrodos de cerâmica adquiridos da empresa DropSens, modelos: carbono, carbono com nanotubos de carbono, carbono com nanopartículas de ouro e carbono com mediador azul de meldola.Inicialmente os eletrodos foram caracterizados por voltametria cíclica, voltametria de pulso diferencial e cronoamperometria, segundo sinal de ferricianeto de potássio 1 mmol L, em eletrólito tampão fosfato pH 7,2. Foram efetuados ensaios de velocidade de varredura, repetibilidade e reprodutibilidade de sinal eletroanalítico. Em seguida foram efetuados processos de modificação dos eletrodos com mediadores eletroanalíticos (azul de meldola e ftalocianina de cobalto) e o sinal da modificação foi avaliado por voltametria cíclica e pulso diferencial. A atividade enzimática foi efetuada pelo método de Elman et al e os estudos de imobilização foram baseados nos métodos com glutaraldeído e filme de náfion, por preparo de solução de imobilização contendo o agente de imobilização, e tampão e enzima, com posterior aplicação de volume sobre a superfície do eletrodo de trabalho, deixando o sistema em repouso por 16h, a 4 C. O sinal de catálise foi avaliado por cronoamperometria, com substrato iodeto de acetiltiocolina, a partir de curva analítica, em potencial relativo ao mediador específico. Os ensaios de inibição foram efetuados a partir da inserção do biossensor otimizado em solução contendo o pesticida inibidor em concentrações definidas.Os estudos de recuperação foram efetuados em água de abastecimento, em três níveis de fortificação e o resultado foi baseado no sinal de inibição do biossensor a partir das curvas analítica.

Resultado e discussão

A caracterização inicial evidenciou que o ferricianeto de potássio apresentou comportamento característico esperado para todos os eletrodos impressos. o eletrodo de carbono modificado com meldola blue apresentou melhores resultados, com correntes de pico mais elevadas, Ipa/Ipc=0,99 e ΔE=83 mV. Os eletrodos de carbono e carbono Nanotubo apresentaram voltamogramas com comportamento muito próximos, indicando que a modificação não proporcionou um incremento no sinal.O eletrodo de carbono apresentou valor médio de Ipa/Ip=0,97 ±0,03, com CV= 3,4%, já o eletrodo de carbono NT, Ipa/Ip=1,06±0,10, com CV= 9,8%. Para o eletrodos de carbono nanopartículas de ouro foi de 1,18 ±0,04, com CV= 3,1%. Os estudos de velocidade de varredura evidenciaram comportamentos baseados em processos de difusão. O eletrodo de meldola foi selecionado para construção do biossensor, sendo que o eletrodo de carbono foi modificado com ftalocianina de cobalto para estudo comparativo. Os eletrodos foram modificados com enzima com náfion ou glutaraldeído, sendo testados os graus de inibição para paration metil e carbofuran. Para os biossensores com azul de meldola, as curvas de inibição não apresentaram comportamento reprodutivo. Para os eletrodos modificados com ftalocianina de cobalto, ambos os pesticidas apresentaram curvas analíticas de inibição com região linear. Os estudos de recuperação efetuados em água de abastecimento índices de recuperação entre 99,6% a 103%, em três níveis de fortificação.

Conclusões

A caracterização indicou que o melhor eletrodo a ser trabalhado foi o de carbono com azul de meldola,porém este não apresentou resultados satisfatórios na construção do biossensor, com isso o eletrodo comercial de carbono impresso foi modificado com ftalocianina de cobalto, que apresentou resultados satisfatórios na mediação da catálise da enzima AChE. Os pesticidas estudados apresentaram comportamento de inibição, sendo estudados em água de abastecimento. O biossensor apresentou % de recuperação apropriada. Conclui-se que os eletrodos são aliados na construção de biossensores enzimáticos.

Agradecimentos

FAPEMA

Referências

Ellmann, G. L; Courtney, K.P.; Andres, V.; Fearstherstone, R.M.A.; Biochemical Pharmacology, 1961, 7, 88-92.

MARQUES, P. R. B. O.; YAMANAKA, H.; Biossensores baseados no processo de inibição enzimática. Quím. Nova, v. 31, n. 7, p. 1791-1799, 2008.

PEREIRA, A. C.; SANTOS, A. S.; KUBOTA, L. T.; Tendências em modificação de eletrodos amperométricos para aplicações eletroanalíticas. Quím. Nova, v. 25, p. 1012-1021, 2002.