Biossensores impedimétricos construídos a partir de plataformas nanoestruturadas formadas de polímeros condutores e ouro

Abstract

Resumo: Neste trabalho foi realizado o desenvolvimento e estudo de duas plataformas, sendo uma baseada em um material híbrido de poli(3,4 etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e nanopartículas de ouro, e outra em polipirrol e nanopartículas de ouro, com objetivo de construir biossensores impedimétricos para diferentes sistemas biológicos. A caracterização inicial foi realizada por imagens de microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, para elucidar a morfologia do material, que foram predominantemente de nanotubos para a estrutura baseada em polipirrol, enquanto que, para a estrutura de PEDOT a morfologia variou entre nanotubos, globular e filme. Todas as etapas de construção da plataforma foram também caracterizadas por técnicas eletroquímicas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A estrutura polímero/nanopartículas de ouro apresentou uma grande melhora na propriedade capacitiva e também para transferências de carga em relação ao eletrodo só com o polímero. Os estudos para construção do biossensor foram baseados em analisar as respostas por voltametria cíclica e principalmente por espectroscopia de impedância eletroquímica após cada etapa. Notou-se que as biomoléculas apresentam uma tendência de dificultar as transferências e armazenamento de carga. Os testes iniciais com Avidina-HRP e o anticorpo anti-avidina (biotinilado) foram empregados com o objetivo de verificar interações bioquímicas na superfície da plataforma, e os resultados indicaram que o material torna possível e favorável a imobilização e posteriores reações entre biomoléculas. Os estudos prosseguiram com as moléculas do grupo Folato, as quais, são muito estudadas por serem potenciais biomarcadores de câncer. Neste trabalho, o receptor de folato Alpha foi utilizado como biorreceptor, e a partir dele buscou-se a detecção do anticorpo anti-FR e também do ácido fólico. Estudos e otimizações foram realizados para a imobilização do receptor de folato Alpha e para as reações de reconhecimento do analito. Realizou-se testes de detecção do anticorpo anti-FR, bem como, da estabilidade da resposta frente à uma mesma concentração do anticorpo anti-FR. Os estudos indicam que a proteína permaneceu estável e em uma orientação favorável para a posterior reação tanto com anticorpo anti-FR quanto com FA. Para a plataforma baseada em polipirrol e ouro, estudouse também o impacto da etapa de bloqueio de sítios não específicos com o aminoácido glicina. O resultado indica que essa etapa é imprescindível para o bom funcionamento do sistema. Para a detecção do anticorpo anti-FR, utilizando o eletrodo baseado em PEDOT e nanopartículas de ouro, os parâmetros analíticos indicam um R2 = 0,8583 para a curva analítica, com do limite de detecção (LOD) foi de 0,675 pg mL-1 e o limite de quantificação (LOQ) foi de 2,25 pg mL-1. Utilizando o eletrodo baseado em PPI/AuNPs, realizou-se a detecção de FA, mostrando uma curva analítica com R2 = 0,9408, limite de detecção de 0,015 ng mL-1 e limite de quantificação de 0,047 ng mL-1. Tanto para o eletrodo baseado em PEDOT e nanopartículas de ouro quanto para polipirrol e nanopartículas de ouro, os valores dos limites de detecção e quantificação obtidos estão dentro de uma faixa de interesse clínico, indicando que as plataformas propostas neste trabalho têm potencial para aplicação e detecção destas biomoléculas.

Abstract: In this work two platforms were developed and studied, one based on a hybrid material of poly (3,4 ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and gold nanoparticles, and other on polypyrrole and gold nanoparticles, with the objective of impedimetric biosensors for different biological systems. The initial characterization was performed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy images, to elucidate the material morphology, which were mainly of nanotubes for the polypyrrole, and for the PEDOT the were nanotubes, globular and film. All steps of biosensor development were also characterized by electrochemical techniques: cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The polymer/gold nanoparticles structure showed a good property for capacitive enhancement and also for charge transfers. The studies of the biosensor construction were based on responses by cyclic voltammetry and mainly by electrochemical impedance spectroscopy after each step. It was noticed that biomolecules have a tendency to difficult the charge transfers and storage process. Initial tests with Avidin-HRP and antiavidin antibody (biotinylated) were done to verify the biochemical interactions onto the platform surface. The results indicated a favorable immobilization and subsequent reactions between biomolecules on the material. The studies continued with Folate group biomolecules, due to its cancer biomarker properties. In this work, the folate receptor Alpha (FR- Alpha) was used as bioreceptor, to the detection of anti-FR antibody and folic acid. Studies and optimizations were done to folate receptor- Alpha immobilization and also to recognize its interactions. Tests with anti-FR antibody detection and stability response were done using the same antibody concentration. The studies indicates that protein was stabilized showing good orientation to interact with the antibody and folic acid. For the electrode based on polypyrrole and gold, was also studied the blocking step of non-specific sites, with glycine, and the results indicates the importance of this step to good work of the biosensor. To anti- FR antibody detection, using the PEDOT and gold nanoparticles electrode analytical parameters of analyrical curve were R2 = 0,8583, detection limit of 0,675 pg mL-1 and quantification limit of 2,25 pg mL-1. Using the polypyrrole and gold electrode, was done the FA detection, where the analytical curve showed R2 = 0.94078, with detection limit of 0,015 ng mL-1 and quantification limit of 0,047 ng mL-1. Both electrodes, PEDOT and gold nanoparticles and polypyrrole and gold nanoparticles, have detection and quantification limit values according to clinical interesting range, which indicates that the material propose in this work has the potential to biosensing application of these biomolecules.