Sensores eletroquímicos a base de policaprolactona/óxido de grafeno a partir de fontes de matéria-prima biodegradáveis

Abstract

Os compostos desreguladores endócrinos (EDCs) representam uma classe de substâncias prejudiciais aos organismos vivos, devido a capacidade de desregular o sistema hormonal humano e animal. Entre vários EDCs, um xenobiótico conhecido como Bisfenol A (BPA; 4,4'-dihidroxi-2,2-difenilpropano) tem se tornado um problema crucial de saúde pública nos últimos anos. O BPA é um composto orgânico que tem sido amplamente utilizado em embalagens plásticas de alimentos, brinquedos infantis e até materiais médicos, sendo hoje considerado um poluente emergente capaz de gerar danos aos organismos vivos, principalmente no sistema endócrino, mesmo quando presente em concentrações consideradas “traços” (da ordem de 1 pM). Nesse contexto, visando a detecção e quantificação de BPA, métodos que sejam simples, precisos e confiáveis, têm sido objeto de estudo nos últimos anos. Principalmente na última década, a utilização da técnica de eletrofiação, visando à produção de sensoresplataformas sensoriais, tem se destacado devido à possibilidade de produção de redes de fibras poliméricas ultrafinas (100 nm < diâmetro < 1000 nm) e nanofibras (diâmetro < 100 nm) de forma relativamente simples e versátil. A geração de fibras poliméricas nessas dimensões tem uma enorme influência na sensibilidade dos dispositivos produzidos, devido ao melhoramento da interconectividade e aumento da área superficial. Ademais, a técnica de eletrofiação possibilita a incorporação de compostos quimicamente funcionais às fibras, tais como o grafeno e seus derivados, o que age em direção a ampliar e/ou maximizar as propriedades dos materiais finais. Desse modo, a presente pesquisa propôs o desenvolvimento de um sensor eletroquímico nanoestruturado para detecção de Bisfenol A, a partir de uma rota sustentável (“green”) e de baixo custo. O design dessa plataforma sensorial baseou-se na eletrofiação de um poliéster biodegradável e de baixo custo, a policaprolactona (PCL), com a combinação desse material com derivados de grafeno (óxido de grafeno – GO e pontos quânticos de grafeno - QDGs) obtidos a partir da carbonização completa ou incompleta do ácido cítrico. A incorporação desses derivados foi testada de duas maneiras: i) os derivados sendo diretamente adicionados à solução polimérica, antes do processo de eletrofiação; ii) adsorção dos derivados diretamente à superfície das membranas de PCL eletrofiadas. Dentre as plataformas testadas, os nanomateriais produzidos com PCL (5 minutos de eletrofiação) em substrato de vidro revestido com óxido de estanho e dopado com flúor (FTO), a partir de uma tensão de 10kV, e intumescidos em solução de GO por 3 h [processo de adsorção, ii)], apresentaram maior intensidade de corrente nas análises de voltametria cíclica. Por consequência, essa plataforma foi selecionada para os testes posteriores de detecção de BPA. Os sensores mostraram uma alta sensibilidade para BPA, com um limite de detecção muito baixo, da ordem de 23 nM. Além disso, o sensor mostrou uma boa reprodutibilidade, com um desvio padrão relativo (RSD) de 7,9%, enquanto a resposta do sensor a 2 µM de BPA foi de 5,7% para sete medições sucessivas. Esses resultados abrem uma janela de aplicações desse material nanoestruturado, pela fácil combinação de um poliéster biodegradável com GO obtido por meio de um processo sustentável e de baixo custo.