Immunosensor based on gold nanoparticles encapsulated in azo-polymer and reduced graphene oxide for the detection of the pro-inflammatory molecule interleukin-6 (IL-6)

Abstract

A interleucina-6 (IL-6) é uma citocina pró-inflamatória amplamente associada a processos inflamatórios agudos e crônicos e que, em contextos oncológicos, pode contribuir para a formação e progressão tumoral, tornando seu monitoramento altamente relevante para aplicações biomédicas. Neste contexto, a presente dissertação descreve os resultados obtidos a partir da análise eletroquímica e morfológica da plataforma ternária poli(azo-BBY)-AuNP/OGr, visando sua aplicação no monitoramento da concentração de interleucina-6 (IL-6). A plataforma foi construída por meio da técnica de eletropolimerização em etapa única sobre substrato de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), permitindo a obtenção de nanopartículas de ouro revestidas pelo azo-polímero em conjunto com óxido de grafeno reduzido. O mecanismo de detecção do imunossensor baseia-se no uso de oxigênio molecular dissolvido como sonda redox, cuja resposta eletroquímica é mediada pelo agrupamento azo (–N=N–) presente no polímero Bismarck Brown Y. As análises por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) revelaram uma redução superior a 90% na resistência de transferência de carga do material modificado (poli(azo-BBY)-AuNP/OGr) em comparação ao polímero puro poli(azo-BBY), evidenciando o efeito sinérgico das nanopartículas de ouro e do óxido de grafeno reduzido na melhoria das propriedades eletroquímicas do sistema. A morfologia dos filmes foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), revelando nanoestruturas de ouro revestidas pelo polímero condutor, bem como a incorporação do óxido de grafeno reduzido, evidenciada pela presença de estruturas contínuas que se sobrepõem às camadas previamente formadas, resultando em um recobrimento do tipo véu sobre a matriz polimérica. A imobilização dos anticorpos na superfície da plataforma ternária foi realizada por ligação cruzada utilizando glutaraldeído a 1%, permitindo a construção do imunossensor. O dispositivo desenvolvido apresentou limite de detecção de 2,51 pg mL⁻¹ e faixa linear de 5–30 pg mL⁻¹ sob oxigênio atmosférico, demonstrando elevado potencial para quantificação de citocinas em aplicações biomédicas.

Interleukin-6 (IL-6) is a pro-inflammatory cytokine widely associated with acute and chronic inflammatory processes and, in oncological contexts, may contribute to tumor development and progression. Consequently, monitoring IL-6 levels is highly relevant for biomedical applications. In this context, this dissertation reports the electrochemical and morphological investigation of a ternary poly(azo-BBY)-AuNP/rGO sensing platform for monitoring interleukin-6 concentration. The platform was fabricated through a single-step electropolymerization process on a fluorine-doped tin oxide (FTO) substrate, enabling the formation of gold nanoparticles encapsulated by the azo-polymer in combination with reduced graphene oxide. The immunosensor detection mechanism relies on dissolved molecular oxygen as an intrinsic redox probe, whose electrochemical response is mediated by the azo group (–N=N–) present in the Bismarck Brown Y polymer. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) revealed a reduction greater than 90% in the charge transfer resistance of the modified material (poly(azo-BBY)-AuNP/rGO) compared with the pristine poly(azo-BBY), highlighting the synergistic contribution of gold nanoparticles and reduced graphene oxide to the enhancement of the system’s electrochemical properties. Scanning electron microscopy (SEM) revealed gold nanostructures coated by the conducting polymer and the successful incorporation of reduced graphene oxide, forming continuous structures that overlap the previously deposited layers and generate a veil-like coating over the polymeric matrix. Antibodies were immobilized onto the surface of the ternary platform through glutaraldehyde-mediated crosslinking (1%), enabling the construction of the immunosensor. The resulting device exhibited a detection limit of 2.51 pg mL⁻¹ and a linear range of 5–30 pg mL⁻¹ under atmospheric oxygen conditions, demonstrating strong potential for cytokine quantification in biomedical applications.