Dissertação/Tese DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ELETROQUÍMICO PARA DETECÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM CULTURA DE CÉLULAS VIVAS - PPGQ

Atualmente, sabe-se que o Peróxido de Hidrogênio (H2O2) é uma das espécies reativas de oxigênio mais importantes, porque participa de funções biológicas no organismo, tais como sinalização celular e mecanismo de imunidade. Entretanto, também é conhecido que seu acúmulo pode induzir a danos celulares e diversas doenças como câncer, doença cardíaca, diabetes, entre outras. Dessa forma o seu monitoramento em tempo real é de suma importância para melhor entendimento das condições dessa substância liberada pelas células vivas sob estresse, e o seu impacto no corpo humano. Diante disso, foi proposto um sensor eletroquímico com eletrodos de trabalho modificados com nanomateriais de carbono, e AP eletrodepositado na superfície por conversão eletroquímica utilizando δ-FeOOH em meio contendo K3Fe(CN)6. O objetivo geral consistiu no desenvolvimento de um sensor eletroquímico utilizando uma célula de fabricação caseira modificado com Azul da Prússia para detecção de H2O2 em cultura de células vivas. Realizou-se a otimização dos parâmetros para a formação do filme de AP, definindo-se Grafeno (GOR), bem como Nanotubos de Carbono e Grafite (NTC+GR) como nanomateriais para a modificação da superfície sensora, 1,6V vs Ag/AgCl como potencial anódico para conversão eletroquímica do δ-FeOOH em AP, pH 2,0 do eletrólito suporte, e concentração de 0,1mg/mL de δ-FeOOH e K3Fe(CN)6 a 0,4 mol/L em K2SO4 a 0,1 mol/L como eletrólito suporte. A superfície dos eletrodos foi caracterizada por MEV, EDS e DRX, e a caracterização eletroquímica se deu através de voltametrias cíclicas, determinação da área eletroativa e de impedância eletroquímica, evidenciando que a modificação do eletrodo com os materiais propostos obteve sucesso. Um limite de detecção de 0,75 μmol/L-1 e limite de quantificação de 2,5 μmol/L-1 para H2O2 em meio de cultura celular foi obitido com o eletrodo de trabalho modificado com GOR/AP. O eletrododo modificado com NTC+GR/AP, um limite de detecção de 4,5 μmol.L-1 e limite de quantificação de 15,13 μmol.L-1 foram alcançados. Os eletrodos foram ainda submetidos ao teste de repetibilidade, resultando em um desvio padrão relativo de 4,22 % para o sensor modificado com grafeno e 8,59 % para o sensor modificado com nanotubos de carbono e grafite. Por fim, devido ao menor limite de detecção, foi utilizado o eletrodo modificado com GOR e AP para analisar as amostras das células vivas, e obteve-se uma concentração de 2,17 x 10-12 μmol/L de peróxido liberado por célula.

Currently, it is known that Hydrogen Peroxide (H2O2) is one of the most important reactive oxygen species, as it plays a role in biological functions such as cell signaling and immune mechanisms. However, it is also known that its accumulation can induce cellular damage and lead to various diseases, including cancer, heart disease, diabetes, among others. Therefore, real-time monitoring of H2O2 is essential for a better understanding of the conditions under which this substance is released by living cells under stress and its impact on the human body. In this context, an electrochemical sensor was proposed, featuring working electrodes modified with carbon nanomaterials and Prussian Blue (PB) electrodeposited on the surface through electrochemical conversion using δ-FeOOH in a medium containing K3Fe(CN)6. The main objective was to develop an electrochemical sensor using a homemade cell modified with Prussian Blue for detecting H2O2 in live cell cultures. The parameters for forming the PB film were optimized, defining Graphene Oxide (GOR) and Carbon Nanotubes combined with Graphite (CNT+GR) as nanomaterials for surface modification. An anodic potential of 1.6 V vs Ag/AgCl was used for the electrochemical conversion of δ- FeOOH to PB, with a support electrolyte pH of 2.0, and concentrations of 0.1 mg/mL of δ-FeOOH and 0.4 mol/L K3Fe(CN)6 in 0.1 mol/L K2SO4 as the support electrolyte. The electrode surface was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), and X-Ray Diffraction (XRD). Electrochemical characterization was performed using cyclic voltammetry, determination of the electroactive area, and electrochemical impedance spectroscopy, demonstrating the successful modification of the electrode with the proposed materials. A detection limit of 0.75 μmol/L and a quantification limit of 2.5 μmol/L for H2O2 in the cell culture medium were obtained with the electrode modified with GOR/PB. For the electrode modified with CNT+GR/PB, a detection limit of 4.5 μmol/L and a quantification limit of 15.13 μmol/L were achieved. The electrodes were also subjected to repeatability testing, resulting in a relative standard deviation of 4.22% for the sensor modified with graphene and 8.59% for the sensor modified with carbon nanotubes and graphite. Finally, due to the lower detection limit, the electrode modified with GOR and PB was used to analyze samples from live cells, obtaining a concentration of 2.17 × 10−12 μmol/L of peroxide released per cell.