Desenvolvimento e caracterização de biossensores eletroquímicos enzimáticos com enzimas oxidase

Abstract

Neste trabalho foram desenvolvidos biossensores enzimáticos a partir da modificação de eléctrodos de carbono vítreo com materiais nanoestruturados, nomeadamente nanotubos de carbono e mediadores redox com imobilização de enzimas oxidase. Esta modificação dos eléctrodos convencionais visa melhorar o desempenho dos biossensores aprimorando os parâmetros analíticos.O estudo está dividido em quatro capítulos.O primeiro capítulo trata aspectos gerais sobre a definição, classificação, e componentes dos biossensores, transdutores electroquímicos e materiais de eléctrodo (nanotubos de carbono e nanopartículas), mediadores redox, enzimas e a sua imobilização, bem como os fundamentos de electroquímica e uma breve descrição das técnicas utilizadas.O segundo capítulo inclui informações sobre os reagentes e instrumentação utilizada, estão descritas as condições experimentais em que foram efectuadas as medidas electroquímicas, e uma descrição detalhada da modificação efectuada para preparação de cada biossensor desenvolvido neste trabalho.No terceiro capítulo descrevem-se e discutem-se os resultados obtidos. Este capítulo está dividido em três secções, uma para cada enzima utilizada: glucose oxidase (GOx), lactato oxidase (LOx) e piruvato oxidase (PyOx). A GOx e a LOx foram imobilizadas directamente no eléctrodo não modificado ou em cima do eléctrodo modificado com nanotubos de carbono e um mediador redox, poli(vermelho neutro) para GOx e ferroceno para LOx. A voltametria cíclica foi usado para caracterizar o comportamento electroquímico. Relativamente ao biossensor para piruvato com PyOx foi realizado um estudo mais pormenorizado. Primeiro, descreve-se o biossensor construído sem mediador, a semelhança dos outros dois anteriores; em segundo lugar um biossensor preparado com nanotubos de carbono (CNT). A seguir foi adicionado, junto com os CNT, um mediador redox, azul de Prússia, ou na forma de um filme depositado electroquimicamente ou na forma de nanoparticulas depositadas quimicamente. Cada biossensor foi avaliado através de amperometria a potencial fixo, sendo os seus parâmetros análiticos retirados de curvas de calibração. No caso do biossensor com PyOx, foi feito um estudo para optimização de vários factores experimentais e foi efectuada uma comparação do desempenho obtido com o de outros biossensores da literatura.O capítulo quatro inclui conclusões que podem ser tiradas do trabalho efectuado sobre cada um dos biossensores desenvolvidos, bem como perspectivas futuras.

In this work, enzymatic biosensors have been developed using glassy carbon electrode modified with different nanostructured materials, namely carbon nanotubes and redox mediators with immobilized enzyme oxidases. This modification of conventional electrodes is meant to improve the biosensors performance taking into account their analytical parameters.The study is divided in four chapters.The first chapter is focused on general aspects about definition, classification and biosensors components, electrochemical transducers and electrode materials (carbon nanotubes and nanoparticles), redox mediators, enzymes and their modification, as well as electrochemistry principles and a short description of the techniques used.The second chapter includes information about reagents and instruments used, the experimental conditions for electrochemical experiments are described, and a detailed description for the preparation of each biosensor developed.In the third chapter the results achieved are described and discussed. This chapter is divided in three sections, one for each enzyme used: glucose oxidase (GOx), lactate oxidase (LOx) and pyruvate oxidase (PyOx). GOx and Lox were directly immobilized on the unmodified electrode, or at the electrode modified with carbon nanotubes and a redox mediator, which was poly(neutral red) for GOx and ferrocene for LOx. Cyclic voltammetry was used in order to characterize the electrochemical behavior. As regarding the pyruvate biosensor with PyOx, a more detailed study was performed. First, the biosensor without mediator is described, similarly with the previous two; secondly a biosensor prepared with carbon nanotubes. Further, a redox mediator, Prussian blue was added together with CNT, or as a film, electrochemically deposited, either as nanoparticles, chemically deposited. Each biosensor was evaluated by fixed potential amperometry, their analytical parameters being calculated from calibration curves. For the PyOx biosensor an optimisation of the experimental conditions has been carried out, as well as a comparison of its performance with other biosensors from literature.The fourth chapter includes conclusions, which can be withdrawn from the work about each of the developed biosensors, as well as future perspectives.