Desenvolvimento de sensores potenciométricos baseados em filmes de polipirrol para detecção de lactato e cloreto em amostras de fluídos biológicos

Abstract

Resumo: Neste trabalho, sensores potenciométricos seletivos a lactato e cloreto baseados em filmes de polipirrol foram apresentados como alternativas promissoras para aplicação em diferentes fluidos biológicos. A determinação dessas duas espécies apresenta importante relevância devido ao lactato ser um indicador de produção de energia pelo sistema glicolítico anaeróbio e tem sido amplamente utilizado para avaliar a capacidade de exercício e monitorar a intensidade de treinamento de atletas, além de ser um biomarcador de algumas doenças. O cloreto é um marcador padrão para o diagnóstico de fibrose cística, uma doença genética sem cura, que requer diagnóstico precoce e métodos precisos de análise. A seletividade dos sensores propostos foi baseada em uma matriz de polipirrol dopada com esses íons em sua estrutura, que ocorre durante a etapa de polimerização galvanostática (1,2 mA cm-2, 720 s). Após a otimização, ambos os sensores seletivos aos íons foram analisados sob condições potenciométricas e mostraram uma ampla faixa linear entre 0,1 e 10,0 mmol L-1 com inclinação de 23,7 ± 0,2 mV déc-1 e limite de detecção (LD) de 78 ??mol L-1 para o sensor de lactato e uma inclinação de 35,0 ± 1,3 mV déc-1 e LD de 85 ??mol L-1 para o sensor de cloreto. Excelente repetibilidade, reprodutibilidade e seletividade também foram obtidas. O primeiro sensor foi aplicado para avaliar os níveis de lactato em amostras de lágrima humana e uma correlação linear com os níveis de lactato em amostras de sangue (R2 = 0,977) foi encontrada. A fim de avaliar os níveis de lactato antes e após a atividade física intensa, foram analisadas amostras de sangue de ratos e amostras de suor humano. Para ambos os fluidos, a variação potencial foi obtida, e em comparação com a análise de lactato no sangue por dispositivo portátil, a resposta em suor humano foi confirmada pelo método proposto. O segundo sensor foi aplicado em amostras de lágrimas e saliva de grupos saudáveis e fibrocísticos para determinar a concentração de cloreto. Os resultados mostraram maior concentração de cloreto na saliva dos voluntários fibrocísticos e podem validar os valores de referência limítrofes e melhorar a análise da resposta. Um estudo comparativo foi realizado entre o método potenciométrico utilizando o sensor proposto e o método coulométrico e apresentou uma correlação significativa para a determinação de cloreto neste fluido (R2 = 0,892). Dessa forma, os sensores potenciométricos desenvolvidos demonstraram uma ferramenta eletroanalítica viável e eficiente para os atuais dispositivos e metodologias comerciais, especialmente para suporte em avaliações de desempenho físico - sensor de lactato - e como um novo método para o diagnóstico de fibrose cística - sensor de cloreto. Palavras-chave: Lactato, cloreto, polipirrol, eletrodos seletivos a íons, sensor, potenciometria, fluidos biológicos.

Abstract: In this work, selective potentiometric sensors to lactate and chloride based on polypyrrole films were presented as promising alternatives for application in different biological fluids. The determination of these two species presents important relevance due to lactate is an indicator of energy production by the anaerobic glycolytic system and has been extensively used to evaluate exercise capacity and to monitor the training intensity of athletes, besides being a biomarker of some diseases. Chloride is a standard marker for the diagnosis of cystic fibrosis, a genetic disease without cure, which requires early diagnosis and accurate methods of analysis. The selectivity of proposed sensors was based on a polypyrrole matrix doped with these ions in its structure which occurs during galvanostatic polymerization step (1.2 mA cm-2, 720 s). After optimization, both ion-selective sensors were analyzed under potentiometric conditions and showed a wide linear range between 0.1 and 10.0 mmol L-1 with a slope of 23.7 ± 0.2 mV dec-1 and a limit of detection (LOD) of 78 ??mol L-1 to lactate sensor and a slope of 35.0 ± 1.3 mV dec-1 and a LOD of 85 ??mol L-1 to chloride sensor. Excellent repeatability, reproducibility and selectivity were also achieved. The first sensor was applied to evaluate lactate levels in human tear samples and a linear correlation with lactate levels in blood samples (R2 = 0.977) was found. In order to assess lactate levels before and after intense physical activity, blood samples from rats and human sweat samples were analyzed. For both fluids the potential variation was obtained, and in comparison to the lactate analysis in blood by portable device, the human sweat response was confirmed by the proposed method. The second sensor was performed in tears and saliva samples of healthy and fibrocystic groups to determinate chloride concentration. The results showed a higher chloride concentration in saliva of fibrocystic volunteers and can validate the borderline reference values and improve the analysis of the response. A comparative study between the potentiometric method using the proposed sensor and the coulometric method was performed and showed a significant correlation for the determination of chloride in this fluid (R2 = 0.892). Thus, the developed potentiometric sensors demonstrated a viable and efficient electroanalytical tool to the current commercial devices and methodologies, especially to support in physical performance evaluations - lactate sensor - and as a new method for Cystic Fibrosis diagnosis - chloride sensor. Keywords: Lactate, chloride, polypyrrole, ion-selective electrode, sensor, potentiometry, biological fluids.