Modelos de membrana biológica para estudos de interação molecular e detecção de azul de metileno

Abstract

Sensores eletroquímicos são essenciais para diversas áreas, contribuindo para a detecção e monitoramento de diversas moléculas e compostos, incluindo aqueles que podem ser danosos à saúde humana e ao ambiente. Esses sensores são geralmente de baixo custo, rápida detecção e possuem alta especificidade e sensibilidade. Um dos métodos de fabricar os sensores eletroquímicos é a impressão molecular, que produz impressões moleculares, ou seja, cavidades do composto a ser detectado. A tecnologia mais conhecida e reportada é baseada em um polímero, o Polímero Molecularmente Impresso (MIP). No entanto, a fabricação de MIPs pode envolver processos complexos e o uso de materiais potencialmente tóxicos, além de apresentar limitações na uniformidade dos sítios de reconhecimento molecular e na biocompatibilidade dos materiais. Uma alternativa promissora aos MIPs são as Membranas de Impressões Moleculares (MIM), que seguem os princípios dos MIPs, porém utilizando diferentes materiais para a obtenção delas, como por exemplo membranas fosfolipídicas que podem oferecer maior controle na nanoestruturação das cavidades, maior biocompatibilidade e um processo de fabricação menos tóxico e complexo. Sendo assim o objetivo deste trabalho é investigar a interação entre o azul de metileno (AM) e o fosfolipídio 1,2-dipalmitoil-sn-3-glicero-fosfatidilcolina (DPPC) e o cloridrato de poli alilamina (PAH) para formação de filmes de Langmuir, e posteriormente, produzir um filme Langmuir- Schaefer (LS) sobre substrato de óxido de estanho dopado com índio (ITO), e fabricar um sensor utilizando a MIM para a detecção do AM. As isotermas π-A demonstraram uma interação entre o AM, PAH e o DPPC, devido ao fosfolipídio ser zwiteriônico e o AM e o PAH serem catiônicos fazendo com que o AM não fosse expulso da interface ar-água e possibilitando a fabricação dos filmes LS contendo AM, PAH e DPPC. Eletrodos ITO/DPPC+PAH+AM foram fabricados com 3 camadas de filme. Os espectros de UV-Vis e Raman demonstraram a presença do AM no filme após a deposição e a remoção dele, produzindo o eletrodo ITO/MIM, após serem ciclados utilizando voltametria cíclica. A análise eletroquímica em eletrólito inerte confirmou a presença de AM no filme ITO/DPPC+PAH+AM pela presença do par redox do AM. Após a remoção eletroquímica do MB do filme, tais picos ficaram ausentes para o ITO/MIM. O teste de deteção em solução de AM demonstrou a detecção do corante, e o limite de detecção foi de 3,4 x10-7 mol/L. O teste de seletividade realizado com a quercetina demonstrou que o ITO/MIM é seletivo, não apresentando resposta para o flavonoide. As imagens de AFM demonstraram uma rugosidade maior para o DPPC+PAH+AM do que para a MIM, condizendo com o esperado. Conclui-se que o sensor fabricado é seletivo e sensível, proporcionando detecção do AM em baixas concentrações, além de se utilizar de uma metodologia menos complexa e menos tóxica que os MIP. Destaca-se que esta metodologia pode ser otimizada para produzir MIMs visando a detecção de outras moléculas alvo, alterando o fosfolipídio utilizado.

Electrochemical sensors are essential for several areas, contributing to the detection and monitoring of various molecules and compounds, including those that can be harmful to human health and the environment. These sensors are generally low cost, fast detection and have high specificity and sensitivity. One of the methods of manufacturing electrochemical sensors is molecular printing, which produces molecular impressions, that is, cavities of the compound to be detected. The best-known and reported technology is based on a polymer, the Molecularly Imprinted Polymer (MIP). However, the manufacture of MIPs can involve complex processes and the use of potentially toxic materials, in addition to presenting limitations in the uniformity of molecular recognition sites and the biocompatibility of materials. A promising alternative to MIPs are Molecular Imprinting Membranes (MIM), which follow the principles of MIPs, but use different materials to obtain them, such as phospholipid membranes that can offer greater control in the nanostructuring of cavities, greater biocompatibility and a less toxic and complex manufacturing process. Therefore, the objective of this work is to investigate the interaction between methylene blue (MB) and the phospholipid 1,2-dipalmitoyl-sn-3-glycero-phosphatidylcholine (DPPC) and polyallylamine hydrochloride (PAH) for film formation. of Langmuir, and subsequently, produce a Langmuir-Schaefer (LS) film on an indium-doped tin oxide (ITO) substrate, and manufacture a sensor using MIM for MB detection. The π-A isotherms demonstrated an interaction between MB, PAH and DPPC, due to the phospholipid being zwitterionic and MB and PAH being cationic, meaning that MB was not expelled from the air-water interface and enabling the fabrication of LS films containing MB, PAH and DPPC. ITO/DPPC+PAH+MB electrodes were manufactured with 3 layers of film. The UV-Vis and Raman spectra demonstrated the presence of MB in the film after its deposition and removal, producing the ITO/MIM electrode, after being cycled using cyclic voltammetry. Electrochemical analysis in inert electrolyte confirmed the presence of MB in the ITO/DPPC+PAH+MB film due to the presence of the MB redox couple. After electrochemical removal of MB from the film, such peaks were absent for ITO/MIM. The detection test in MB solution demonstrated the detection of the dye, and the detection limit was 3.4 x10-7 mol/L. The selectivity test carried out with quercetin demonstrated that ITO/MIM is selective, showing no response to the flavonoid. The AFM images demonstrated a greater roughness for DPPC+PAH+MB than for MIM, consistent with expectations. It is concluded that the manufactured sensor is selective and sensitive, providing MB detection at low concentrations, in addition to using a less complex and less toxic methodology than MIP. It is noteworthy that this methodology can be optimized to produce MIMs aiming at the detection of other target molecules, changing the phospholipid used.