Desenvolvimento de um sensor eletroquímico para a deteção da glucose sem mediador redox

Abstract

The sustainability of point-of-care devices (POC) is becoming critical for implementing biosensors for health diagnostics. POC devices are expected to be sensitive, selective, relatively easy to use, and inexpensive. In this work, a homemade redox-free electrochemical biosensor was developed using low-cost and straightforward methods based on simple screen-printing technology. As proof-of-concept, the devices were applied to produce a biosensor for glucose, in response to the current expansion of diabetic society, using a molecularly imprinted polymer as a biorecognition element with an embedded redox probe. The technique was applied on a PVC substrate producing homemade screen-printed electrodes with carbon ink, offering capacity for upscale manufacturing. The reproducibility of the construction process was assessed by following the electron transfer properties of a standard redox probe (K3[Fe (CN)6])/ (K4[Fe (CN)6]). This used cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy, confirming the excellent properties of the homemade electrodes for analytical applications. The molecularly imprinted polymer was generated in-situ by electropolymerization with an embedded redox probe. The chosen monomer was pyrrole, as some studies show that this monomer was the perfect one to perform a suitablepolymerization, as the purpose was to develop a MIP-based electrochemical biosensor. A redox mediator was added, and the goal was to ensure reactions, from where a current can be detected. In analysing the natural processes of metabolism, the chosen one was a coenzyme that interfere with the whole process, FAD (Flavin Adenine Dinucleotide). Tohave a suitable polymerization, it was determined the potential peak of all the components involved, and by two techniques, that have as fundamentals an applied potential to the surface of the electrode to stimulate the polymerization by Chronoamperometry. As the template (glucose) is a very small molecule, that can be oxidized and reduced, the polymerization was performed by bulk polymerization. In addition to test the specificity of the MIP, the analytical performance of the system was assessed upon consecutive incubations in glucose standard solutions. The analytical output was monitored by Differential Pulse Voltammetry (DPV). The data obtained confirmed to good analytical features of the (bio)sensing device, in terms of reproducibility, sensitivity, and selectivity.

A sustentabilidade dos dispositivos point-of-care (POC), têm sido cruciais para a implementação dos biossensores, no diagnóstico médico. Espera-se que os POCs sejam sensíveis, seletivos, de fácil utilização e de baixo custo.Neste trabalho, um biossensor eletroquímico sem um mediador redox, foi desenvolvido utilizando métodos simples e de baixo custo, baseados na tecnologia de screen printing. Como prova de conceito, os dispositivos foram utilizados para produzir um biossensor da glucose, em resposta ao atual aumento da população diabética, pela técnica de impressão polimérica molecular como elemento de (bio)reconhecimento, com um mediador redox acoplado. A técnica foi aplicada em um substrato de PVC, produzindo elétrodos impressos, com tinta carbono, garantindo uma produção em massa. A reprodutibilidade do processo de produção foi avaliada, de acordo com a sua capacidade de oxidação/redução perante um mediador, o hexacianoferrato (K3[Fe (CN)6]) / (K4[Fe (CN)6]). Foram utilizados a voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica, para confirmar as excelentes propriedades dos elétrodos para aplicações analíticas. O polímero impresso molecularmente (PIM), foi gerado in-situ por eletropolimerização com um mediador redox. O monômero escolhido foi o pirrol, pois mostrou-se perfeito para realizar uma boa polimerização. O mediador redox, teve como objetivo garantir reações de oxidação e redução, de modo a ser possível detetar e medir acorrente gerada pelo processo. A partir do processo metabólico natural, escolheu-se comomediador redox, o DFA (Dinucleótido da Flavina e Adenina), uma coenzima que participa no processo. Para garantir uma boa polimerização, foram determinados os picos dos potenciais de todos os componentes envolvidos e duas técnicas (Cronoamperometria e a Voltametria Cíclica), que tem como princípio, a aplicação um potencial na superfície do elétrodo para estimular a polimerização. A molécula modelo (glucose) utilizada na impressão polimérica é muito pequena, pode ser oxidada e reduzida facilmente, portanto utilizou-se a técnica da polimerização em bulk. A especificidade do PIM e o seu desempenho analítico foram testados, com diferentes concentrações de glucose. A performance foi monitorizada, pela Voltametria de Impulso Diferencial (VID). Os dados, mostraram boas características analíticas, tais como: boa reprodutibilidade, sensibilidade e seletividade.