Construção e avaliação de eletrodo modificado com nanocompósito prata-polipirrol para a determinação de glicose

Orientador: Prof. Dr. Luiz H. Marcolino JrCoorientador: Prof. Dr. Márcio F. BergaminiDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 21/03/2014Inclui referênciasÁrea de concentração: Química analíticaResumo: Existem diversos relatos na literatura descrevendo procedimentos eletroanalíticos para a determinação de glicose, frequentemente utilizando biossensores. A busca por materiais não-biológicos para a determinação de glicose é um desafio e, dentro deste contexto, materiais nanocompósitos do tipo metal-polímero são candidatos promissores para serem utilizados na eletrooxidação da glicose, pois este tipo de material possui propriedades diferenciadas quando comparados com os sólidos estendidos correspondentes. Aplicações eletroanalíticas baseadas no emprego de polímeros eletroativos merecem destaque pois são matrizes adequadas para as nanopartículas metálicas facilitando a transferência de carga na interface eletrodo-solução. Baseado nos argumentos supracitados, o presente trabalho descreve a síntese e caracterização de um novo nanocompósito constituído de nanopartículas de prata e polipirrol (NCAgPPy) e sua aplicação para determinação amperométrica de glicose. A síntese do NCAgPPy foi realizada empregando-se o método de microemulsão reversa, a partir de duas microemulsões preparadas separadamente: uma contendo o precursor metálico (AgNO3) e outra com o monômero pirrol (Py). A caracterização do nanomaterial foi feita utilizando as técnicas de difração de raio-x e TEM, que confirmaram a presença de nanopartículas de Ag0 e Ag2O, com morfologia semiesférica (tamanho médio de 12±5 nm) estando envoltas na matriz de polipirrol. Medidas de voltametria cíclica em meio de NaOH 0,1 mol L-1 foram realizadas utilizando um eletrodo de carbono vítreo (ECV, área geométrica = 0,03cm2) modificado por drop-casting com 3,0 ?L da dispersão 1,0 mg mL-1 do NCAgPPy, em água, chamado de eletrodo quimicamente modificado (EQM). O perfil voltamétrico do nanocompósito preparado foi comparado a um eletrodo convencional de prata, nas mesmas condições, sendo verificado a presença de um pico de oxidação auto-catalítico, em 0,60 V para o nanocompósito, esse sinal é referente à formação de óxido de prata (II), o que não foi observado no eletrodo de prata. A determinação da área ativa para eletrodos, convencional e o modificado com o nanocompósito foi realizada através da carga elétrica referente ao pico de redução do óxido de prata (Ag2O) observada em 0,08 V, sendo que a área ativa do NCAgPPy é de 449 nmol cm-2 é do eletrodo de prata é de 8,16 nmol cm-2, assim um efeito 55 vezes maior de prata ativa foi verificada para o material proposto. A determinação amperométrica da glicose, após processo de otimização da metodologia foi realizada em um potencial de 0,90 V e apresentou uma faixa de resposta linear de 2,5 x 10-5 a 1,0 x 10-2 mol L-1de glicose, obteve-se um coeficiente linear de 1,26 x 104 ?A L mol-1com limite de detecção de 1,03 x 10-5 mol L-1. Por fim, aplicou-se o dispositivo para a determinação de glicose em saliva artificial, com boa recuperação para os três níveis estudados (30, 50 e 80 ?mol L-1). Pode-se concluir que foi possível obter um novo nanocompósito sem a utilização de estabilizadores e com a espontânea redução do metal pelo polímero eletroativo e que este material pode ser empregado para a construção de sensores eletroquímicos para glicose. Com a determinação amperométrica é possível notar a potencialidade do dispositivo para determinação não-enzimática da glicose em saliva, com o desenvolvimento, assim, de um sensor não invasivo para determinação de glicose. Palavras-chave: Nanopartículas de prata; polipirrol; Nanocompósito; Detecção de glicose; microemulsão reversa.Abstract: There are several reports in literature describe electroanalytical determination of glucose procedures, frequently using biosensors. The search for non-biological materials for the determination of glucose is challenge and in this context, nanocomposite materials metal-polymer is promising candidates for use in the electrooxidation of glucose, because this type of material has different properties when compared with corresponding bulk. An electroanalytical application, based in the use of electroactive polymers is suitable as a matrix for metal nanoparticles, because it facilitates the charge transfer at the electrode-solution interface. Based on the above arguments, the present work describes the synthesis and characterization of a novel nanocomposite consisting of silver nanoparticles and polypyrrole (NCAgPPy) and its application for amperometric determination of glucose. The synthesis of NCAgPPy was carried out using the method of reverse microemulsion, with two microemulsion separately prepared: one containing the metal precursor (AgNO3) and another with the pyrrole monomer (Py). The characterization of the nanomaterial was made using the techniques how x-ray diffraction and MET, which confirmed the presence of nanoparticles Ag0 and Ag2O, with hemispherical morphology (average size of 12±5 nm) being capped for polypyrrole matrix. Cyclic voltammetry measurements in medium of NaOH 0.1 mol L-1 were performed using a glassy carbon electrode (GCE, geometric area = 0.03 cm2) modified by drop-casting with 3,0 ?l of a dispersion of 1.0 mg mL-1 NCAgPPy in water, called chemically modified electrode (CME). The voltammetric profile of the nanocomposite front of a conventional silver electrode under the same conditions, can be seen only the presence of an oxidation autocatalytic peak in the nanocomposite, at 0.60 V, related to the formation of silver oxide (II), not observable in the silver bulk electrode. Realizing the determination of the active area of these two electrodes, by measuring the reduction peak of silver oxide (Ag2O) in 0.08 V, the active area is 449 nmol cm-2 for NCAgPPy and 8.16 nmol cm -2 for silver bulk electrode, with 55 times more mols of active silver. The amperometric determination of glucose after methodology optimization process, with applied potential of 0.90 V, presented a linear response range of 2.5 to 1.0 x 10-5 x 10-2mol L-1 glucose, yielded a linear coefficient of 1.26 x 104 ?A L mol-1, with a detection limit of detection of 1.03 x 10-5 mol L-1. Finally, the device was applied to determination of glucose in artificial saliva, with good recovery for the three levels studied (30, 50 and 80 ?mol L-1). Can be concluded that it was possible obtain a new nanocomposite without the use of stabilizers and the spontaneous metal reduction by electroactive polymer and this material can be used for construction of an electrochemical glucose sensors. With amperometric determination is possible to notice the capability of the device to non-enzymatic determination of glucose in saliva, with the development of a non-invasive sensor for glucose determination. Keywords: Silver nanoparticles; Polypyrrole; Nanocomposite; Glucose detection; Reverse microemulsio