Universidade Federal de São João del-Rei · Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso,...

Universidade Federal de São João del-Rei Coordenadoria do Curso de Química

Emprego de Polímeros Impressos (Molecularmente ou Ionicamente) Visando o

Desenvolvimento de Sensores Eletroquímicos para a Determinação de Analitos de Interesse

Farmacêutico e Ambiental

Malena Karla Lombello Coelho

São João del-Rei – 2016

EMPREGO DE POLÍMEROS IMPRESSOS (MOLECULARMENTE OU IONICAMENTE) VISANDO O

DESENVOLVIMENTO DE SENSORES ELETROQUÍMICOS PARA A DETERMINAÇÃO DE ANALITOS DE INTERESSE

FARMACÊUTICO E AMBIENTAL

Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado no 2º semestre do ano de 2016 ao Curso de Química, Grau Acadêmico Bacharelado, da Universidade Federal de São João del-Rei, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Química. Autor: Malena Karla Lombello Coelho Docente Orientador: Doutor Arnaldo César Pereira Modalidade do Trabalho: Revisão Bibliográfica

São João del-Rei – 2016

RESUMO:

Desenvolver métodos analíticos cada vez mais seletivos e sensíveis, de respostas

rápidas, precisas e eficientes é de grande relevância em diferentes áreas do conhecimento.

Neste ponto, as técnicas analíticas desempenham um papel fundamental, pois apresentam

algumas características vantajosas, como custo moderado, elevada sensibilidade e

seletividade, resposta rápida, entre outras. Eletrodos quimicamente modificados são

eletrodos com espécies quimicamente ativas, resultantes da imobilização de um agente

modificador sobre a superfície de um eletrodo base, buscando pré-estabelecer e controlar a

natureza físico-química da interface eletrodo-solução como meio de alterar a reatividade e

seletividade do sensor base. A modificação dos eletrodos pode ser feita de diferentes

formas e com diferentes materiais. Uma nova alternativa na modificação de eletrodos que

merece destaque é a partir do emprego de Polímeros Impressos Molecularmente (MIP) e

Polímeros Impressos com Íons (IIP). Tanto os MIPs como os IIPs têm atraído considerável

atenção nas ultimas décadas, pois aparecem como uma ferramenta promissora para o

desenvolvimento de sistemas com reconhecimento biomimético semelhante aos sistemas

específicos, como por exemplo, antígeno-anticorpo. As vantagens deles em relação aos

materiais biológicos incluem o preparo fácil e de baixo custo e o armazenamento simples

que acontece muitas vezes à temperatura ambiente por longos períodos de tempo. Esses

eletrodos modificados com MIP ou IIP são ótimas alternativas para a determinação de

substâncias de interesse farmacêutico, medicinal, ambiental, entre outros, devido as suas

características como seletividade, sensibilidade, baixo custo e portabilidade. As técnicas

mais utilizadas para análises quantitativas de substâncias farmacêuticas, medicinais,

ambientais, entre outras são as cromatográficas, as quais são muito importantes em função

de suas facilidades em efetuar as separações, identificar e quantificar as espécies presentes

nas amostras. Em contrapartida os sensores modificados com MIP ou IIP apresentam

vantagens em relação às técnicas e aos modificadores convencionais principalmente pelas

seletividade, custo moderado, portabilidade, respostas rápidas, possibilidade de

miniaturização do sistema e de análises de matrizes complexas. Assim, o objetivo deste

trabalho é fazer uma revisão bibliográfica avaliando a aplicação de sensores modificados

com MIP e IIP em amostras farmacêuticas e ambientais e o progresso dessa metodologia

analítica nos dias atuais.

SUMÁRIO

1.INTRODUÇÃO.......................................................................................................................1

1.1.Eletrodos Quimicamente Modificados................................................................................1

1.2.Polímeros Impressos Molecularmente (MIP)......................................................................3

1.3.Polímeros Impressos com Íons (IIP)...................................................................................6

1.3.1.Polímeros Orgânicos Impressos com Íons......................................................................7

1.3.2.Polímeros Inorgânicos Impressos com Íons....................................................................8

1.3.3.Polímeros Hibridos Orgânicos-Inorgânicos Impressos com Íons....................................8

1.4.Imobilização do MIP ou IIP em Diferentes Transdutores...................................................8

1.4.1.Imobilização por Oclusão................................................................................................9

1.4.2.Polimerização de Filmes Sobre a Superfície do Transdutor...........................................9

1.4.2.1.Polimerização Direta do MIIP ou IIP Sobre o Transdutor.............................................9

1.4.2.2.Polimerização in situ.....................................................................................................9

1.4.3.Imobilização do MIIP ou IIP em Compósitos.................................................................10

2.OBJETIVO...........................................................................................................................10

3.APLICAÇÃO DOS SENSORES BIOMIMÉTICOS...............................................................10

3.1. Uso dos Polímeros Impressos Molecularmente (MIP) no Desenvolvimento de Sensores

Biomiméticos .........................................................................................................................11

3.1.1. Aplicação de Sensores Biomiméticos na Determinação de Fármacos......................11

3.2.Uso dos Polímeros Impressos com Íon (IIP) no Desenvolvimento de Sensores

Biomiméticos..........................................................................................................................18

3.2.1. Aplicação de Sensores Biomiméticos na Determinação de Metais Pesados.............19

4.CONCLUSÃO......................................................................................................................26

5.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................................26

Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2016

1

1. INTRODUÇÃO

Nos últimos tempos, desenvolver métodos analíticos cada vez mais seletivos e

sensíveis, de respostas rápidas, precisas e eficientes é de grande relevância em diferentes

áreas do conhecimento, abrangendo os setores ambientais, farmacêuticos, alimentício,

entre outros. Neste ponto, as técnicas analíticas desempenham um papel fundamental.1

Entre essas técnicas, as técnicas eletroquímicas merecem destaque devido a

algumas características vantajosas, como custo moderado, portabilidade, elevada

sensibilidade e seletividade, resposta rápida, possibilidade de miniaturização do sistema e

de análise de matrizes complexas.2,3

Os sensores eletroquímicos são dispositivos que permitem a coleta de dados e a

obtenção de informações com uma mínima manipulação do sistema em estudo, além disso

eles possuem características que os distinguem de métodos instrumentais de grande porte,

pois permitem a obtenção de informações in situ e em tempo real, além da portabilidade, da

possibilidade de miniaturização e do baixo custo.3,4 Dessa forma, os sensores podem ser

aplicados com alta sensibilidade e seletividade em amostras ambientais, biológicas e de

interesse industrial.5

Apesar dessas características, os sensores apresentam algumas limitações em seu

emprego as quais estão associadas a problemas de sensibilidade, estabilidade, entre

outras. Dessa forma, pensando na melhoria dos sensores eletroquímicos surgiram os

eletrodos quimicamente modificados (EQM).6 Essa denominação foi introduzida por Murray e

colaboradores na década de 1970, para nomear eletrodos modificados com espécies

quimicamente ativas, imobilizadas em suas superfícies.7

1.1. Eletrodos Quimicamente Modificados

Os EQM´s são eletrodos modificados com espécies quimicamente ativas, resultantes

da imobilização de um agente modificador sobre a superfície de um eletrodo base, tendo

como função pré-estabelecer e controlar a natureza físico-química da interface eletrodo-

solução para alterar a reatividade e seletividade do sensor base, proporcionando o

desenvolvimento de eletrodos para vários propósitos e aplicações.7

Um eletrodo quimicamente modificado compõe-se de duas partes, o eletrodo base e

uma camada do modificador químico. A escolha do eletrodo base é o principal ponto do

trabalho, pois este deve apresentar características eletroquímicas apropriadas e ser


2

adequado para a imobilização do modificador na superfície. Entre os inúmeros materiais

utilizados destacam-se o ouro, platina, carbono vítreo, fibras de carbono e pasta de

carbono.7,8,9 Dessa forma os diversos materiais e a possibilidade de associá-los leva esses

dispositivos a uma vasta gama de aplicações, como no controle de qualidade de

medicamentos e no controle ambiental.

O uso de camadas de agentes modificadores sobre a superfície do eletrodo base

tem sido a principal forma de modificar a superfície de um eletrodo. Os métodos mais

importantes para a introdução de um agente modificador sobre a superfície do eletrodo base

consistem em adsorção, formação de compósitos, ligação covalente, recobrimento com

membranas poliméricas e eletrodeposição.8,9 As principais características desses métodos

encontram-se na Tabela 1.

Tabela 1. Métodos de modificação da superfície de eletrodos.8,9

Métodos de modificação Principais características

Adsorção

Consiste na dissolução do agente

modificador em um solvente apropriado e na

exposição (em geral por imersão) do

eletrodo na solução. Apesar de ser um

método simples, somente uma camada de

modificador é obtida e a dessorção pode

prejudicar a reprodutibilidade do sistema.

Formação de compósitos

É uma mistura de diferentes componentes

(por exemplo orgânicos e inorgânicos) em

que duas ou mais substâncias são

combinadas, passando a apresentar

propriedades únicas. Exemplos: eletrodo de

pasta de carbono, grafite-epóxi, “screen-

printed” e pastilhas.

Ligação covalente

Incorporação de várias substâncias, de

maneira estável, por meio da manipulação

da reatividade dos grupos funcionais

existentes na superfície do eletrodo. É um

método muito estável e reprodutivo.

Entretanto, necessita de um tempo maior de

realização e gera uma única camada


3

imobilizada.

Membranas poliméricas

Tem como objetivo recobrir a superfície do

eletrodo com polímeros condutores ou

permeáveis ao eletrólito suporte e à espécie

eletroativa de interesse. Por meio da

imobilização de policamadas da espécie

ativa na superfície do eletrodo, ampliando

assim a resposta eletroquímica.

Eletrodeposição

Ocorre pela deposição de uma espécie na

superfície do eletrodo mediante a aplicação

de um potencial apropriado. Por meio deste

processo há a transferência de cargas na

interface eletrodo/eletrólito, ocorrendo

reações químicas em que os produtos são

sólidos.

O uso de EQM’s é uma área em grande expansão, principalmente no

desenvolvimento de novos materiais e novos métodos de modificação da superfície dos

eletrodos, como a utilização de cerâmicas, macromoléculas (DNA), polímeros impressos

molecularmente (MIP) e polímeros impressos com íons (IIP),8,10

1.2. Polímeros Impressos Molecularmente (MIP)

O conceito de impressão molecular surgiu a partir da teoria de Pauling, na qual um

antígeno desempenharia o papel de molécula molde para moldar a cadeia polipeptídica de

anticorpos, dando origem a configurações complementares altamente seletivas. A partir

dessa teoria outros pesquisadores desenvolveram metodologias para a preparação de

materiais adsorventes com afinidades específicas para algumas substâncias como Wulff e

Sarhan em 1972, que sintetizaram um polímero orgânico enantiosseletivo para o ácido

glicérico. Com a evolução dessas metodologias surgem os Polímeros Impressos

Molecularmente (MIPs).11,12

Os MIPs são polímeros sintéticos formados por reações de polimerização na

presença da molécula molde (MM), que gera cavidades no material sintetizado que são


4

específicas para essa molécula. Desse modo, após a retirada da MM, os polímeros passam

a apresentar sítos vazios com a forma da MM.12

Este material tem atraído considerável atenção nas últimas décadas, pois aparecem

como uma ferramenta promissora para o desenvolvimento de sistemas com reconhecimento

biomimético semelhante ao de sistemas biológicos específicos como antígeno-anticorpo

e/ou enzima-substrato. O termo sensor biomimético refere-se àqueles sensores nos quais

os elementos biológicos, usados nos biossensores convencionais, são substituídos por

compostos ou materiais que permitem interações de reconhecimento de forma seletiva para

um determinado analito, de forma similar ao que ocorre com a substância biológica.11,13

Os sistemas biomiméticos possuem algumas vantagens em relação aos sistemas

biológicos como simplicidade, baixo custo no preparo, armazenamento simples que muitas

vezes pode acontecer em temperatura ambiente e por um longo período de tempo,

capacidade de adsorção e reprodutibilidade no preparo do polímero.11,13

O uso desses Polímeros Impressos Molecularmente destaca-se pela sua grande

seletividade, a qual é adquirida no decorrer da síntese do polímero devido a interações da

molécula molde com os monômeros funcionais, formando as cavidades seletivas após a

retirada da MM.13

Entre os passos para a síntese do MIP, o mais importante é determinar

criteriosamente a escolha do monômero empregado e do analito de interesse, que devem

interagir fortemente com a finalidade de formar um complexo estável. O monômero é que vai

determinar o tipo de ligação nos sítios impressos do polímero. Sua escolha depende da

natureza do analito e suas interações devem ser fortes o suficiente para formar os sítios de

ligação, mas também fracas o suficiente para permitir a retirada da MM sem destruir as

cavidades de reconhecimento formadas.11

Essa interação analito-monômero pode acontecer por meio de ligações covalentes,

que possuem sítios mais seletivos, mas restringem a aplicabilidade dos MIPs para poucos

analitos e apresenta certa dificuldade na retirada da MM devido à natureza dessas ligações,

que são consideradas fortes, ou por meio de ligações não covalentes em que a quebra das

interações para a retirada da MM é feita de forma simples e apresentam sítios menos

seletivos, porém é a mais utilizada dada a maior flexibilidade de aplicação dos MIPs para

diferentes analitos. Dentre os diversos monômeros que podem ser empregados na síntese,

o mais utilizado é o ácido meta-acrílico (MAA). Além dele podemos citar ácido acrílico, ácido

p-vinilbenzóico, ácido acrilamidossulfônico, amino metacrilaminada, 4-vinilpiridina, 2-

vinilpiridina e acrilamida, entre outros.1,11,13


5

Outro parâmetro importante que influencia a estabilidade da formação do complexo

analito-monômero é o solvente, o qual deve solubilizar tanto a MM quanto os monômeros,

mas não deve interferir na interação analito-monômero. Além disso, o solvente deve induzir

a formação de poros que irão facilitar a difusão dos analitos aos sítios seletivos. Solventes

com essas características são conhecidos como porogênicos.1,13

Por fim, a seletividade desses polímeros é também assegurada pelo emprego de

reagentes que promovem ligações cruzadas no polímero, conferindo assim estabilidade

térmica e mecânica ao complexo analito-monômero. Os reagentes de ligação cruzada mais

utilizados são etileno glicol dimetacrilato (EGDMA), N,N’-metileno-bis-acrilamina e N,N’-

fenilendiacrilamida. Também é necessário adicionar no meio reacional um iniciador radicalar

para dar início à reação de polimerização. Os mais empregados são 2,2’-azo-bis-iso-

butironitrila (AIBN) e azo-bis-dimetilvaleronitrila (ABDV).11,13

De forma geral, para a formação do MIP, realiza-se a polimerização do monômero,

sendo o polímero formado ao redor do analito de interesse. Em seguida, a molécula molde é

removida por dissolução ou evaporação, dependendo do tipo de analito, e então o sítio do

MIP é exposto. Este sítio vai possuir a forma e o tamanho da molécula molde. 12,13 A

formação do MIP está representada do esquema da Figura 1.

Figura 1: Esquema geral de síntese do MIP.13


6

Por todas suas características o MIP vem sendo muito utilizado para o

desenvolvimento de sensores químicos, tornando-se muito promissor para aplicações

em indústrias farmacêuticas, a que será retratado neste trabalho, entre outras.

1.3. Polímeros Impressos com Íons (IIP)

Como citado anteriormente, o desenvolvimento de novos materiais tem se expandido

para diversos campos do conhecimento e trazido grandes inovações em várias áreas. Neste

sentido, o estudo de novos materiais pode auxiliar muito na Química Analítica, levando a

aumento na seletividade e na sensibilidade dos métodos analíticos conhecidos. Desses

novos materiais além do MIP podemos destacar os Polímeros Impressos com Íon, que

também são materiais sintéticos com reconhecimento biomimético semelhante aos sistemas

específicos enzima-substrato e/ou antígeno-anticorpo.14

Os IIPs apresentam as mesmas características dos MIPs, incluindo simplicidade e

conveniência da síntese. A síntese dos Polímeros Impressos com Íon pode ser dividida em

três partes. Primeiro ocorre a formação de um íon complexo entre o íon metálico de

interesse (analito) e o monômero, seguida da polimerização do complexo, que pode ser

observada no esquema da Figura 2. E por fim, ocorre a retirada do íon metálico ligado ao

centro ativo do complexo. É importante destacar que a seletividade do polímero é baseada

na individualidade do ligante (monômero) em relação ao íon, na geometria de coordenação

do complexo, no número de coordenação dos íons, assim como no tamanho e na carga do

íon.15,16

Convencionalmente, os IIPs são preparados pelo método denominado por polimerização

em “bulk”, no qual a reação ocorre em sistema homogêneo. Esta reação é conduzida em

frascos fechados contendo o íon metálico, o monômero, o solvente, o reagente de ligação

cruzada e o iniciador radicalar, na ausência de oxigênio, sob aquecimento ou exposição à

radiação UV. O sólido obtido no final da síntese é então triturado de maneira a permitir o

acesso ao analito, para a remoção e religação deste. Apesar de ser o método mais comum,

ele apresenta algumas desvantagens como partículas de tamanhos irregulares e elevado

tempo reacional.14,17

Para tentar produzir polímeros com partículas de tamanho uniformes surgiram novos

métodos de preparo, destacando-se a síntese por precipitação, na qual utiliza-se um volume

superior de solvente porogênico (acima de cinco vezes em relação a polimerização em

“bulk”), e a síntese por polimerização por suspensão, em que utiliza-se um agente


7

estabilizador cuja função é evitar a coagulação das gotas dos monômeros durante o

processo.14,17

De modo geral, o processo de síntese dos IIPs é bem simples, de baixo custo e

apresenta possibilidade de várias rotas sintéticas e aplicações, além de serem

quimicamente resistentes podendo ser reutilizáveis.14

Figura 2: Representação da formação de íon complexo entre o metal e o ligante (monômero) durante

a reação de polimerização do IIP.14

1.3.1.Polímeros Orgânicos Impressos com Íons

Os trabalhos iniciais desenvolvidos com IIPs foram executados empregando-se

polímeros orgânicos como poli(etilenoimina), poli(vinilpiridina) e poli(acrilato) para o

reconhecimento de metais pesados. Os IIPs orgânicos são empregados em extração em

fase sólida, membranas de separação e em sensores para quantificação de íons

metálicos.14,16

A síntese desses IIPs orgânicos pode ser classificada em quatro abordagens,

fundamentadas na forma como os ligantes são imobilizados na matriz do polímero, sendo

elas: a reticulação, a imobilização química, a impressão superficial e a síntese por

aprisionamento de ligantes quelantes. Apesar desses polímeros apresentarem uma boa

capacidade de ligação com os íons, eles não apresentam uma boa seletividade. Essa baixa

seletividade está associada ao efeito de impressão pouco pronunciado, já que não há

formação do complexo entre o íon metálico e o monômero antes da polimerização.14,16


8

1.3.2. Polímeros Inorgânicos Impressos com Íons

Polímeros inorgânicos impressos com íons apresentam as mesmas finalidades que

os polímeros orgânicos, isto é, estabelecer uma adsorção mais seletiva por um íon

específico do que por outro íon presente na amostra. A síntese dos polímeros inorgânicos

normalmente é feita por meio do processo sol-gel, utilizando-se tetraetoxissilano (TEOS)

como agente reticulante responsável pela formação da rede polimérica.14,16

Os IIPs inorgânicos apresentam uma área superficial maior que os IIPs orgânicos e

são estruturalmente porosos, além da alta afinidade e seletividade. Apesar disso, esses

materiais apresentam uma baixa acessibilidade do analito alvo ao sítio de ligação devido

aos microporos que compõem o material. Para superar essas limitações, surgiu um novo

processo de síntese utilizando o processo sol-gel e surfactantes. A principal vantagem

desses IIPs sintetizados com surfactantes é o controle dos parâmetros estruturais dos

polímeros, como volume e tamanho dos poros.14

1.3.3. Polímeros Híbridos Orgânicos-Inorgânicos Impressos com Íons

Esses materiais híbridos são preparados pela combinação de componentes

orgânicos e inorgânicos, e apresentam um grande interesse em diversas aplicações, devido

à combinação da versatilidade funcional dos compostos orgânicos com a vantagens da

estabilidade térmica e robustez dos compostos inorgânicos. 14,16

Os materiais híbridos podem ser preparados de três modos: pela incorporação

apenas física dos constituintes, por meio de ligações químicas entre os componentes

orgânicos e inorgânicos e pela combinação dos dois tipos de interações, física e química. 14

1.4. Imobilização do MIP ou IIP em Diferentes Transdutores

Na construção dos sensores biomiméticos é muito importante encontrar uma forma

adequada de acoplar o material sintético, contendo o receptor seletivo, ao transdutor. Dessa

forma, o modo como vai ocorrer o acoplamento do MIP ou do IIP ao transdutor dependerá

da natureza física do transdutor. 11 Caso o transdutor seja um eletrodo sólido, como por

exemplo ouro e carbono vítreo, a imobilização pode ser dividida em dois grupos. O primeiro

grupo envolve o encapsulamento do MIP ou IIP nas matrizes suportes e, posteriormente, o

material é depositado sobre a superfície do transdutor. No segundo grupo, a imobilização do

MIP ou IIP é feita a partir da formação de filmes sobre a superfície do eletrodo, sendo o mais

empregado. Quando o transdutor apresenta características granulares, tendo como


9

exemplos grafite em pó e Nanotubo de Carbono, o material seletivo é simplesmente

misturado com o material granulado formando um compósito.11,14

1.4.1.Imobilização por Oclusão

Consiste no encapsulamento de partículas de MIP ou IIP nas matrizes suportes, como

géis ou polímeros solúveis inertes, para a formação de membranas que podem ser fixadas

na superfície do transdutor. Apesar da facilidade da imobilização, existem algumas

desvantagens, entre elas as limitações difusionais, as ligações não específicas do analito

que podem acontecer na matriz suporte e a diminuição da capacidade de ligação, devido ao

bloqueio dos sítios específicos por parte do material usado como matriz suporte.11,14

1.4.2.Formação de Filmes Sobre a Superfície do Transdutor

1.4.2.1.Polimerização Direta do MIIP ou IIP Sobre o Transdutor

O método mais utilizado na construção de sensores baseados em MIP ou IIP é o uso de

filmes na superfície dos transdutores, sendo que há várias estratégias para obtenção desses

filmes. Em todos esses procedimentos, a síntese do polímero é realizada sobre a superfície

do transdutor. Esses filmes podem ser preparados por meio da polimerização de

monômeros funcionais, seguindo processos parecidos com os usados na polimerização em

“bulk”. Várias alternativas têm sido utilizadas para a obtenção dos filmes na superfície dos

eletrodos, como a adição de quantidades pequenas da solução de polimerização sobre a

superfície do transdutor e a imersão do transdutor em uma solução na qual a polimerização

já tenha sido iniciada, entre outras.11,14

1.4.2.2. Polimerização in situ

A síntese por polimerização in situ dos MIPs ou IIPs é frequentemente realizada pela

eletropolimerização, sobre a superfície condutora, como por exemplo ouro e grafite. Esta

técnica é de fácil condução, pois é realizada por sucessivas varreduras cíclicas de potencial

em solução contendo o monômero funcional e a molécula molde, podendo resultar em

filmes muito finos e com boa reprodutibilidade. Por esse processo ser realizado por

eletropolimerização, sua aplicação é limitada para construção de sensores que possuam

transdutores com superfícies condutoras, como os eletroquímicos.11,14


10

1.4.3.Imobilização de MIP ou IIP em Compósitos

A imobilização de MIP ou IIP em compósitos constitui-se na formação de materiais

compósitos à base de grafite em pó. O método para a construção de sensores usando este

tipo de imobilização é o uso de pasta de carbono modificada, que possibilita a fácil

incorporação de partículas de MIP ou IIP no desenvolvimento de sensores eletroquímicos. A

principal vantagem desta imobilização é tornar o processo de limpeza destes sensores mais

simples, desta forma, após cada uso, a superfície do sensor pode ser facilmente renovada

por meio de um simples polimento mecânico da superfície. 11,14

2. OBJETIVO

Esta monografia tem como objetivo realizar uma revisão bibliográfica, tendo como base

artigos publicados em periódicos, sobre a aplicação de sensores modificados com MIP e IIP

em amostras farmacêuticas, ambientais e o estado-da-arte dessa metodologia analítica.

3. APLICAÇÃO DOS SENSORES BIOMIMÉTICOS

A determinação de espécies químicas em concentrações baixais (menores que µg/L)

representa, até os dias atuais, um dos maiores desafios para a Química Analítica.14 Para

tentar vencer esse desafio observou-se um aumento no desenvolvimento de sensores

químicos, sendo que os mais utilizados são os biossensores, devido as suas características,

como boa seletividade e possibilidade de serem portáteis, de pequeno tamanho e rápida

resposta. No entanto, a principal desvantagem desses biossensores está associada à pouca

estabilidade química e física, resultando em uma falta de estabilidade operacional e de

armazenamento, por essas razões os receptores artificiais têm atraído crescente

interesse.1,14

Como já mencionado, uma metodologia alternativa que envolve o uso de receptores

artificiais é a de impressão molecular e a impressão de íons, que apresentam alta

estabilidade e seletividade, sendo dessa forma uma ótima alternativa para o

desenvolvimento de sensores biomiméticos.1 Esses sensores biomiméticos podem ser

utilizados em várias áreas, como no controle de qualidade de alimentos e de medicamentos

e no controle ambiental, entre outros.


11

3.1. Uso dos Polímeros Impressos Molecularmente (MIP) no

Desenvolvimento de Sensores Biomiméticos

Wulff e Sarhan publicaram pela primeira vez um trabalho que fazia uso de MIP em

Química Analítica, em 1972. Neste trabalho, eles descrevem a síntese do polímero com sítio

seletivo para separação enantiomérica de racematos de açúcares.13

A partir disso, o MIP vem sendo amplamente empregado em preparo de amostras,

em técnicas de separação, tais como, cromatografia líquida de alta eficiência, eletroforese

capilar, entre outras, visando, principalmente, a separação de espécies enantioméricas.13

Os estudos utilizando MIP em associação com técnicas eletroanalíticas vêm

crescendo nas últimas décadas, principalmente no desenvolvimento de sensores devido às

características oferecidas por esse material, tais como boa seletividade e possibilidade de

serem portáteis e sua rápida resposta.1,13 Por todas essas características, os MIPs tornam-

se promissores para a aplicação em várias áreas, como por exemplo, no controle de

qualidade de indústrias farmacêuticas.

3.1.1. Aplicação de Sensores Biomiméticos na Determinação de

Fármacos

Nas indústrias farmacêuticas, o controle de qualidade dos medicamentos é muito

importante, principalmente pelo aumento do seu consumo. Porém, foi somente na segunda

metade do século XX que governos de vários países adotaram medidas mais eficazes de

controle de qualidade dos medicamentos, por meio de legislações que estabelecem a

responsabilidade pela qualidade do produto oferecido ao mercado e o monitoramento dos

efeitos adversos e dos desvios de qualidade. 18

No Brasil, o órgão que estabelece e regulariza a legislação de controle de qualidade

nas indústrias farmacêuticas é a ANVISA, por meio da Resolução RDC nº 17, de 16 de abril

de 2010. Nesta resolução estão determinados os requisitos mínimos a serem seguidos na

fabricação de medicamentos que envolvem desde a chegada da matéria prima nas

indústrias, a produção dos medicamentos, os testes referentes à eficiência e formulação, as

embalagens utilizadas e o transporte desses produtos.19


12

Além do controle de qualidade dos fármacos na indústria farmacêutica, é de extrema

importância sua determinação em amostras biológicas como os fluidos biológicos, devido a

problemas causados pelos fármacos no organismo humano, como por exemplo,

alucinações, vômitos, inflamações e em casos mais extremos até a morte e para o

acompanhamento da porcentagem de absorção do fármaco pelo organismo.20

Dessa forma, torna-se imprescindível o desenvolvimento de métodos analíticos

eficazes e confiáveis para a quantificação de baixas quantidades de fármacos em amostras

biológicas. Nesse sentido, pode-se destacar o uso de sensores desenvolvidos a partir dos

polímeros impressos molecularmente, pois eles apresentam seletividade elevada, boa

sensibilidade, preparo fácil e de baixo custo e armazenamento simples.13,21 Podemos

destacar alguns trabalhos recentes nessa área como o de Gholivand e Karimiam22 que

desenvolveram um sensor para ganciclovir (GCV) com base na eletropolimerização do MIP

com nanopartículas de ouro sobre Nanotubos de Carbono de Paredes Múltiplas

funcionalizado com grupos carboxílicos (NTCPM-COOH). O ganciclovir é um antiviral

empregado no tratamento das infecções causadas pelo vírus da herpes, citomegalovírus,

entre outros, e também é utilizado em pessoas com AIDS e em diálise. Para a fabricação

deste sensor, primeiramente a suspensão de NTCPM-COOH foi depositada na superfície do

eletrodo de carbono vítreo e, em seguida, o eletrodo já modificado com NTCPM-COOH foi

imerso em uma solução tampão de fosfato pH 3, que continha o 2,2-Diaminodifenil

Dissulfeto como monômero funcional, as nanopartículas de ouro e o GCV como molécula

molde, realizando então a eletropolimerização, por meio da voltametria cíclica com o

potencial variando de -1,0 até 1,0 V, com velocidade de varredura de 50 mV/s durante 10

ciclos. A retirada da molécula molde foi realizada por voltametria cíclica com o potencial

variando de -1,0 até 1,0 V e velocidade de varredura de 100 mV/s até a obtenção de um

voltamograma cíclico estável. A Figura 3 apresenta o esquema da síntese do MIP para

GCV. A eletropolimerização do monômero funcional na superfície do eletrodo modificado

com NTCPM-COOH ocorre por interações não covalentes e/ou covalentes entre unidades

de amina, sulfeto, monômero funcional e matriz do polímero. As nanopartículas de ouro

causaram um aumento na velocidade de transferência de elétrons devido a sua elevada

condutividade e grande área superficial. O sensor proposto apresentou uma boa seletividade

e sensibilidade, com faixa linear de 5,0x10-8 - 5,0x10-4 mol L-1 e um limite de detecção de

1,5x10-9 mol L-1. A seletividade do sensor foi demonstrada na realização de testes com os

possíveis interferentes, como aciclovir, valaciclovir e cisteína entre outros, que não

influenciaram nas medidas de GVC. Este sensor também foi avaliado na determinação de

GVC em amostras reais de soro humano e apresentou uma boa recuperação de 96-103%.


13

Figura 3: Esquema da técnica de impressão do MIP para ganciclovir. Figura adaptada.22

Outro trabalho atual utilizando MIP para a determinação de fármacos é o do Alizadeh

e Azizi23, que construíram um sensor para fluoxetina. A fluoxetina é um fármaco

antidepressivo muito utilizado. Ele é amplamente prescrito e age inibindo a absorção de

serotonina pelos neurônios no cérebro. A síntese do MIP foi realizada de acordo com o

procedimento de precipitação simples, no qual foram utilizados como monômeros funcionais

o ácido meta-acrílico (MAA) e o vinil benzeno, com a fluoxetina como molécula molde.

Esses reagentes foram colocados em um balão de fundo redondo e a mistura foi deixada

em contato por 10 minutos. Em seguida, foi adicionado o etileno glicol dimetacrilato

(EGDMA) como reagente de ligação cruzada e 2,2’-azo-bis-isso-butironitrila (AIBN) como

iniciador radicalar. O balão foi selado, a mistura foi purgada com nitrogênio durante 15

minutos e a polimerização realizou-se em banho de água a 60 ºC durante 24 h, sob

agitação. O ácido meta-acrílico interage por meio de ligações de hidrogênio entre aminas


14

secundárias e centros de flúor da fluoxetina. Já o vinil benzeno participa do complexo via

interações π-π que se encontram entre o anel benzênico da fluoxetina e do anel benzênico

do vinil benzeno. O sensor apresentou uma boa seletividade, já que os testes realizados

com possíveis interferentes, como oxazepam e clozapina, entre outros, não influenciaram no

sinal da fluoxetina. Apresentou também boa faixa linear, de 6,0x10-9 – 1,0x10-7 mol L-1, e

limite de detecção de 1,5x10-9 mol L-1. O sensor proposto apresentou uma boa recuperação

da fluoxetina em amostras reais de plasma humano e de cápsulas de fluoxetina.

Gohary e colaboradores24 desenvolveram um sensor utilizando um eletrodo de pasta

de carbono modificado com MIP para a determinação de fanciclovir (FCV). FCV é uma pró-

droga antiviral, utilizada para tratamento de herpes tipos I e II, e aos vírus de varicela-zoster

e Epstein-Barr. Nesse trabalho, os autores fizeram os estudos da otimização dos

parâmetros experimentais da síntese do MIP a partir de estudos computacionais, otimizando

a ligação entre o monômero e a molécula molde a partir da menor energia de ligação. Os

resultados obtidos demonstram que o complexo formado entre o ácido meta-acrílico

(monômero funcional) e o FCV é o mais estável e que a melhor razão entre eles é de 4:1.

Além do ácido meta-acrílico, também foram utilizados o etileno glicol dimetacrilato, como

reagente de ligação cruzada, e cloreto de metileno como solvente porogênico na síntese do

MIP pela polimerização em “bulk”. O uso da pasta de carbono com o MIP ofereceu várias

vantagens como a facilidade de preparação, os limites de detecção menores do que de

outros trabalhos da literatura, uma vasta gama de concentrações utilizáveis e alta

seletividade e estabilidade. O sensor proposto apresentou faixa linear de resposta de

2,5x10-6 – 1,0x10-3 mol L-1 e limite de detecção de 7,5x10-7 mol L-1. A seletividade do sensor

foi examinada na presença de várias substâncias interferentes, e não apresentou mudanças

na resposta da corrente para concentrações equimolares em relação ao analito e para

concentrações 10 vezes maiores que as do analito. Mas, para concentrações 100 vezes

maiores que o analito, houve interferência de duas substâncias, histidina e triptofano. No

entanto, esse nível de concentração de histidina e triptofano é muito mais elevado do que os

níveis normais encontrados em amostras biológicas, confirmando dessa forma que o sensor

proposto pode ser utilizado para determinar FCV nessas amostras. O sensor proposto foi

utilizado nas medidas de amostras reais do fármaco e apresentou uma boa recuperação, de

98,5 – 104,0%, apresentando também boa sensibilidade, seletividade e precisão.

Torkashvand e colaboradores25 desenvolveram um sensor para determinação de

ceftazidima (CFZ). A ceftazidima é um antibiótico betalactâmico do grupo das cefalosporinas

de terceira geração. CFZ é amplamente utilizada no tratamento de infecções provocadas por

micro-organismos Gram-positivos e Gram-negativos susceptíveis, como por exemplo,


15

infecções urinárias, faringites, sinusites, infecções respiratórias, infecções da pele, entre

outras. Para a síntese do MIP foi utilizado como monômero funcional o ácido meta-acrílico

(MAA), como reagente de ligação cruzada o N,N’-metileno-bis-acrilamina e como iniciador

radicalar o persulfato de amônio. O sensor proposto foi construído a partir de um eletrodo de

carbono vítreo. Primeiramente, foi gotejada sobre a superfície do eletrodo de trabalho uma

suspensão de Nanotubo de Carbono de Paredes Múltiplas funcionalizado com grupos

carboxílicos (NTCPM-C) e Dimetilformamida (DMF), e em seguida ocorreu a polimerização

do MIP sobre a superfície já modificada pela suspensão. Nesse processo, a molécula de

CFZ foi ligada aos grupos carboxílicos do Nanotubo de Carbono de Paredes Múltipla por

meio de ligações covalentes entre COOH e NH2 do CFZ, mediante a imersão do eletrodo

modificado NTCPM-C em solução de CFZ durante 4 h. Após a lavagem do eletrodo, o

polímero foi criado em torno da molécula molde pela incubação do eletrodo em solução

tampão fosfato (pH 3), que continha o monômero funcional, o reagente de ligação cruzada e

o iniciador radicalar por 5 h em temperatura ambiente. Por último, dendritos de prata (AgDs)

foram depositados sobre o eletrodo impresso por eletrodeposição potenciostática. Esse

sensor apresentou boa sensibilidade e seletividade, com uma faixa linear de 2,0x10-9 –

5,0x10-7 mol L-1 e 5,0x10-7 – 7,0x10-6 mol L-1 e um limite de detecção de 5,5x10-10 mol L-1. A

seletividade do sensor foi comprovada a partir de testes realizados com possíveis

interferentes, como cefixima e cefepima, podendo concluir que os interferentes não

influenciam nas análises de CFZ. O sensor proposto foi avaliado pela determinação de CFZ

em amostras reais de soro humano e de formulação farmacêutica, tendo uma recuperação

de 98 – 105%, comprovando que esse sensor pode ser utilizado para a determinação de

CFZ em amostras de diferentes matrizes.

Silva e colaboradores26 desenvolveram um sensor a partir da modificação de um

eletrodo de carbono vítreo modificado com uma suspensão de MIP e Nanotubo de Carbono

de Paredes Múltiplas (NTCPM) para a determinação de norfloxacino. Norfloxacino (NFX) é

um antibiótico da classe das fluoroquinolonas de segunda geração. As fluoroquinolonas são

agentes antibacterianos importantes desenvolvidos na década de 1980, sendo aplicadas na

medicina humana e veterinária. O NFX é usado para infecções do trato urinário, infecções

nas vias respiratórias, oculares e infecções de pele. O preparo do sensor foi feito a partir da

formação de uma suspensão entre NTCPM e dimetilformamida (DMF), que foi depositada

sobre a superfície do eletrodo de trabalho. Após a secagem da suspensão, o eletrodo foi

imerso na solução de polimerização, que continha pirrol, NFX, e H2SO4, dando início à

eletropolimerização do MIP, com a formação de um filme de polipirrol com sítios de ligação

para NFX. O sensor proposto apresentou uma faixa linear de 1,0x10-7 – 8,0x10-6 mol L-1 e

um limite de detecção de 4,6x10-8 mol L-1. O sensor também apresentou boa


16

reprodutibilidade, precisão, seletividade e fácil fabricação. Foram realizados testes com

possíveis interferentes, como uréia, ácido ascórbico e glicose, que demonstram que não há

alterações significativas na resposta da corrente de NFX, apenas a molécula de

enrofloxacino apresentou uma possível interferência. O sensor apresentou uma boa

recuperação para NFX em amostras reais de urina, comprovando sua eficiência e

seletividade para este fármaco.

Hosseini e Motaharian27 desenvolveram um sensor utilizando MIP enxertado na

superfície de Nanotubo de Carbono de Paredes Múltiplas (NTCPM) funcionalizado para a

determinação de diazepam (DZ). O diazepam é um medicamento do grupo dos

benzodiazepinas, que produz efeito calmante e é utilizado para tratar ansiedade, síndrome

de abstinência alcoólica, espasmos musculares e convulsões, entre outras. Para a síntese

do material, primeiramente foi realizada a modificação do NTCPM pela sua funcionalização

com o grupo vinilo (NTCPM-CH=CH2). Para a síntese do NTCPM-CH=CH2-MIP, o diazepam

como molécula molde e o ácido meta-acrílico como monômero funcional foram dissolvidos

em clorofórmio com agitação por 1 h. Em seguida, foram adicionados o etileno glicol

dimetacrilato, como reagente de ligação cruzada, e o NTCPM-CH=CH2, deixando em banho

de ultra-som por 30 minutos. Por último, foi adicionado o 2,2’-azo-bis-iso-butirontrila como

iniciador radicalar, após a formação das partículas poliméricas, a molécula molde foi retirada

por lavagem com metanol:ácido acético. Esse processo esta demonstrado na Figura 4. Em

seguida, esse material sintetizado foi utilizado para preparar o sensor à base de pasta de

carbono.

Figura 4: Esquema da síntese do NTCPM-CH=CH2-MIP para diazepam. Figura adaptada.27


17

Esse sensor apresentou boa sensibilidade, baixo limite de detecção, de 3,7x10-9 mol

L-1, e uma boa faixa linear, de 8,0x10-9 – 1,0x10-6 mol L-1. A aplicação do sensor em

amostras de diazepam em comprimidos e em soro humano apresentou uma boa

recuperação, 91,7- 100,2% de DZ, comprovando que o sensor proposto pode ser utilizado

na determinação DZ em amostras complexas. A seletividade do sensor foi avaliada pelo

estudo de possíveis interferentes como ácido úrico, ácido ascórbico, lorazepam e

oxazepam, entre outros, demonstrando que o desempenho do sensor desenvolvido não é

afetado, provando a seletividade do sensor para o DZ.

Outros trabalhos utilizando MIP como modificador para a determinação de fármacos

são apresentados na Tabela 2, com os pontos principais de cada trabalho, destacando a

polimerização utilizada na síntese do MIP, o principal reagente da síntese do MIP, o

monômero funcional e as principais características de cada sensor proposto.

Tabela 2: Trabalhos utilizando MIP para a determinação de fármacos.

Analito

Faixa

linear de

resposta

(mol L-1

)

Polimerização

utilizada na

síntese do MIP

Monômero

(síntese MIP)

Outros

modificadores

utilizados

Limite

de

detecção

(mol L-1

)

Eletrodo

Amostra

Ref.

Metronidazol

5,0x10-7

–

1,0x10-3

eletropolimerização

Complexo

Cobre-Melamina

Nanoparticulas

de ouro

(AuNPs)

1,2x10-7

Carbono

vítreo

Formulação

farmacêutica

28

Prometazina

7,0x10-9

–

4,0x10-7

e

4,0x10-7

–

7,0x10-6

Polimerização por

precipitação

Vinil benzeno e

ácido meta-

acrílico

-

3,2x10-9

Pasta de

carbono

Soro

humano

29

Trimetoprim

1,0x10-6

–

1,0x10-4


Pirrol

Grafeno

1,3x10-7

Carbono

vítreo

Urina

30

Ácido

ascórbico

1,0x10-10

-

1,0x10-8


O-fenilenodiamina

e

O-aminofenol

-

3,6x10-7

Carbono

vítreo

Comprimidos

de vitamina

C e suco de

laranja

31

Sulfadiazina

2,0x10-7

–

1,0x10-4

Polimerização por

precipitação

ácido meta-

acrílico

-

1,4x10-7

Pasta de

carbono

Soro

humano e

leite de vaca

32

Fluidos

biológicos e


18

Rivastigmina 2,0x10-6

–

1,0x10-3

Polimerização por

radicais livres

ácido meta-

acrílico

- 4,4x10-7

Pasta de

carbono

formulação

farmacêutica

33

Sertralina

1,0x10-6

–

1,0x10-2

Polimerização por

precipitação

ácido meta-

acrílico

-

8,0x10-7

Membrana

de PVC

Fluidos

biológicos

34

Metimazol

0,5 – 6,0

mg/L

Polimerização por

precipitação

ácido meta-

acrílico

Nanotubos de

Carbono de

Paredes

Múltiplas e

Salen-Co*

0,048

mg/L

Carbono

vítreo

Formulação

farmacêutica

e urina

35

Sulfassalazina

1,0x10-8

–

1,0x10-6

Polimerização por

precipitação

ácido meta-

acrílico

-

4,6x10-9

Pasta de

carbono

Formulação

farmacêutica

e soro

humano

36

Prometazina

5,0x10-7

–

1,0x10-1

Polimerização por

precipitação

Vinil-benzeno

-

1,0x10-7

Membrana

de PVC

Soro

humano e

formulação

farmacêutica

37

Cafeína

6,0x10-8

–

2,5x10-5

Polimerização por

precipitação

ácido meta-

acrílico

-

1,5x10-8

Pasta de

carbono

Amostra de

chá

38

*Salen-Co ((R, R) - (-) - N, N-bis (3,5-di-terc-butil-salicilideno) -1,2-ciclo-hexanodiamina-acético- cobalto (III)).

3.2. Uso dos Polímeros Impressos com Íon (IIP) no

Desenvolvimento de Sensores Biomiméticos

Na década de 1970 foi publicado o primeiro trabalho desenvolvido com IIP, no qual

Nishide e Deguchi utilizaram poli(vinil-piridina) para extração de íons metálicos (cobre, ferro,

cobalto, zinco, níquel e mercúrio) em solução.39 A partir desse trabalho, houve um

crescimento na utilização dos IIPs em várias áreas da Química Analítica, apresentando uma

interessante aplicação comercial, como por exemplo na utilização como material extrator em

fase sólida para determinação de metais em níveis traço, ou como material para separação

de espécies coexistentes em matrizes complexas.14

A aplicação dos IIPs em sensores ainda precisa percorrer um longo caminho, pois os

polímeros impressos com íons não são condutores em sua grande maioria, resultando em

um dispositivo com baixo desempenho seletivo e baixa sensibilidade. Entretanto, a


19

associação de IIPs com nanopartículas metálicas ou materiais condutores eficientes, como

Nanotubos de Carbono, melhoram o desempenho do dispositivo.14,40

Uma das principais utilizações dos IIPs é na determinação de íons metálicos, que

tem sido realizada por diferentes tipos de sensores com transdução óptica, potenciométrica

e voltamétrica. Dentre esses sensores, o voltamétrico apresenta-se como o mais favorável

para a determinação de íons metálicos devido ao seu baixo custo, alta sensibilidade,

facilidade de operação e pela possibilidade de ser portátil. 14

3.2.1. Aplicação de Sensores Biomiméticos na Determinação de

Metais pesados

Os metais pesados possuem características próprias como aparência brilhante, boa

condutividade, número atômico superior a 20, densidade maior que 5 g/cm3, tóxicidade em

baixas concentrações, entre outras. 41

Esses metais acumulam-se no ambiente podendo interromper o crescimento das

plantas e afetar a vida animal. A contaminação por metais pesados representa um enorme

risco à saúde publica, pois são difíceis de serem eliminados e acumulam-se no organismo.42

As manifestações desses efeitos tóxicos podem distribuir-se por todo o organismo,

afetando vários órgãos, alterando processos bioquímicos, organelas e membranas

celulares. Em contato com o organismo, esses metais acabam atraindo duas substâncias

essenciais do corpo, proteínas e enzimas. Unindo a algumas delas e impedindo seu

funcionamento, o que pode levar à morte. Eles também podem se ligar às paredes

celulares, dificultando o transporte de nutrientes.42,43

Muitos metais são essenciais para o crescimento dos organismos, desde as

bactérias até o ser humano. O organismo necessita de pequenas quantidades de alguns

metais, como o cobre que ajuda a absorver vitamina C. Porém, esses mesmos metais em

concentrações altas são tóxicos para o organismo. 42,43

A atividade industrial tem contribuído muito para um aumento significativo nas

concentrações de íons metálicos em águas, representando uma importante fonte de

contaminação dos corpos aquáticos, principalmente quando consideramos que tais íons

podem ser disseminados via cadeia alimentar. 43

No Brasil, apenas uma pequena parte de todo o resíduo industrial perigoso gerado

recebe o tratamento adequado, conforme estimativa da Associação Brasileira de Empresas


20

de Tratamento, Recuperação e Disposição de Resíduos Especiais (ABETRE). O restante é

depositado indevidamente em lixões ou descartados em cursos de água sem qualquer tipo

de tratamento. 43

Dessa forma, a determinação de metais pesados é muito importante para a saúde

dos animais, dos seres humanos e das plantas. Com isso, o desenvolvimento de sensores

altamente sensíveis e seletivos é de grande importância na área ambiental e da saúde

pública.

Alguns trabalhos recentes tiveram como objetivo desenvolver sensores biomiméticos

para a determinação de metais pesados em amostras ambientais. Como exemplo, o

trabalho de Ghanei-Motlagh44 e colaboradores que sintetizaram um polímero impresso com

íon para determinação de mercúrio na superfície do óxido de grafeno reduzido (RGO). A

determinação de mercúrio em amostras de alimento, água ou mesmo biológicas é de grande

importância, pois a exposição mesmo em doses baixas pode levar a graves problemas do

sistema nervoso central e danos a órgãos vitais. Primeiramente, foi realizada a síntese do

RGO, a partir da redução do oxido de grafeno. Em seguida foi realizada a polimerização do

IIP pelo método de impressão em superfície. O primeiro passo da síntese do RGO-IIP foi a

diluição do mercúrio como molécula molde e DDBHCT como agente quelante em

acetonitrila, sendo que a solução foi agitada durante 1 h para a formação do complexo. Foi

então adicionada a mistura o RGO, o ácido meta-acrílico (MAA) como monômero funcional,

o etileno glicol dimetacrilato (EGDMA) como reagente de ligação cruzada e o persulfato de

amônio como iniciador radicalar. A solução resultante foi misturada durante 15 min e foi

utilizado o N2 gasoso para remover o oxigênio, deixando a solução em banho de água a 60

ºC por 24 h. Na Figura 5 está representada a síntese do IIP para mercúrio. Após a

polimerização, foi formada uma suspensão do RGO-IIP com Nafion que foi depositada sobre

a superfície do eletrodo de carbono vítreo. O processo eletroquímico baseou-se na

acumulação de íons Hg2+ na superfície de um eletrodo de carbono vítreo modificado com

RGO-IIP. Esse sensor apresentou boa faixa linear, de 3,5x10-10 – 4,0x10-7 mol L-1 e limite de

detecção de 9,9x10-11 mol L-1, sendo um resultado muito bom, pois está abaixo do permitido

pela Organização Mundial de Saúde (OMS) que é de 2,0 mg/L (9,9x10-6 mol L-1) de mercúrio

em água potável. O sensor também apresentou uma boa resposta nos testes realizados

com amostras reais de água e não sofreu interferência significativa de espécies comuns, tais

como Ni(II), Cd(II), Mn(II), Fe(II), Co(II), Pb(II), Cu( II), Zn(II) e Ag(I).


21

Figura 5: Polimerização do IIP para mercúrio sobre a superfície do oxido de grafeno reduzido. Figura

adaptada.44

Outro trabalho utilizando IIP para a determinação de metal pesado é o de Prasad e

Fatma45, que desenvolveram um polímero impresso com íon utilizando a biomassa de algas

verdes-azuis como monômero e reagente de ligação cruzada e como iniciador radicalar o

2,2’-azo-bis-isso-butironitrila (AIBN). Foi utilizado juntamente com o IIP sintetizado um lápis

de grafite para a formação do sensor (alga-OMNiIIP/PGE) para a determinação de cobre. No

processo de formação do sensor, primeiramente foi sintetizado o monômero, a partir da

mistura entre a alga verde-azul, a trietilamina e o cloreto de acriloíla sob agitação constante

a 0 ºC por uma hora. O produto formado juntamente com a molécula molde e o iniciador

radicalar foram utilizados para a síntese do alga-OMNiIIP, por polimerização por radicais

livres, que está representado pelo esquema da Figura 6. A determinação de cobre é muito

importante, pois o cobre é um nutriente essencial, sendo necessário para o bom

funcionamento de sistemas de enzimas. Além disso, algumas pessoas sofrem reações

fisiológicas adversas devido ao acumulo excessivo de cobre no fígado, cérebro e nos olhos.

O sensor proposto apresentou boa faixa linear, de 1,3x10-10 – 1,2x10-7 mol L-1 e baixo limite


22

de detecção, de 2,8x10-11 mol L-1. O alga-OMNiIIP/PGE apresentou bons resultados de

recuperação de Cu2+ em amostras de água, solo, farmacêutica e soro sanguíneo humano,

na faixa de 96,0 – 103,4% de recuperação. Esse sensor apresentou uma boa seletividade

visto que os possíveis interferentes [Cd(II), dopamina, ácido ascórbico, Mg(II), Fe(III), Hg(II),

Mn(II), Pb(II), Zn(II), Co(II) e Ni(II)] não influenciaram nas análises de cobre(II).

Figura 6: Polimerização do Alga-OMNiIIP para a determinação de cobre II. Figura adaptda.45

Bai e colaboradores46 desenvolveram um sensor à base de IIP e grafeno para a

determinação de paládio. O paládio é um material importante para as tecnologias modernas

como na fabricação de automóveis, sendo utilizado nos catalisadores para reduzir as

emissões de gases poluentes. Mas, apesar dos benefícios que esses catalisadores

apresentam, eles liberam elementos altamente tóxicos, como o paládio, que estão sendo


23

encontrados em concentrações altas em matrizes ambientais, como solo e plantas. Dessa

forma, a determinação de paládio é muito importante para a saúde e para o meio ambiente.

Nesse trabalho, foi utilizado um eletrodo de carbono vítreo modificado com grafeno e IIP. O

IIP foi sintetizado a partir da técnica de polimerização in situ sobre a superfície do eletrodo

de carbono vítreo já modificado com grafeno, utilizando 2-propenil-uréia como monômero

funcional, etileno glicol dimetacrilato (EGDMA) como reagente de ligação cruzada e 2,2’-

azo-bis-iso-butironitrla (AIBN) como iniciador radicalar. Esse sensor apresentou boa

recuperação de paládio em amostras de catalisadores automotivos e de plantas, em uma

faixa de 99,2 – 106,5%, além de não sofrer interferência significativa de possíveis

interferentes, como Zn(II), Co(II), Mg(II), Ni(II), Cu(II), Mn(II), Fe(III), Cd(II), entre outros. O

sensor desenvolvido também apresentou baixo limite de detecção, 6,4x10-9 mol L-1 e boa

faixa linear, de 2,0x10-8 – 2,0x10-4 mol L-1.

Behnia e colaboradores47 desenvolveram um sensor utilizando IIP para a

determinação zinco. O zinco é um elemento traço essencial para os seres humanos, animais

e plantas, sendo vital para muitas funções biológicas e desempenhando um papel

importante em mais de 300 enzimas no corpo humano. Mas, um aumento na dose de zinco

pode causar reações gastrointestinais, incluindo náuseas, vômitos e cólicas. Desse modo, a

determinação de zinco em amostras de soro de sangue, cabelo, água, solo e alimento são

de grande importância. O sensor proposto apresentou boa faixa linear, de 5,0x10-10 –

1,0x10-8 M, e baixo limite de detecção, 5,0x10-10 mol L-1. A síntese do IPP foi realizada por

polimerização térmica, utilizando como monômero funcional o estireno, como reagente de

ligação cruzada o etileno glicol dimetacrilato (EGDMA) e 2,2’-azo-bis-iso-butironitrila (AIBN)

como iniciador radicalar. O polímero sintetizado foi disperso em Náfion e em seguida

depositado sobre a superfície de um eletrodo de carbono vítreo. Foram realizados testes

com interferentes como Ni, Co, Cd e Cu, e o sensor não sofre interferência significativa. Os

testes em amostras de água apresentaram boa recuperação de zinco, demostrando que o

sensor proposto é bem eficiente.

Outros trabalhos que utilizam IIP como modificador para a determinação de metais

pesados podem ser vistos na Tabela 3, em que encontram-se os principais pontos de cada

trabalho, destacando a polimerização utilizada na síntese do IIP, o principal reagente da

síntese, o monômero funcional e as principais características de cada sensor proposto.


24

Tabela 3: Alguns trabalhos dos últimos seis anos utilizando IIP como modificador.

Íon

Faixa linear

de resposta

(mol L-1

)

Monômero

utilizado na

síntese do

IIP

Polimerização

utilizada na

síntese do IIP

Eletrodo

Outro

modificador

Amostra

Limite de

detecção

(mol L-1

)

Ref.

Mercúrio 2,5x10-9

-

5,0x10-7

4-

Vinilpiridina

Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Água 5,2x10-10

48

Cobre 7,0x10-8

-

1,0x10-6

e

1,0x10-6

-

1,0x10-4

4-

Vinilpiridina

e Acrilamida

Polimerização

em bulk

Pasta de

carbono

- Águas

residuais

2,3x10-8

49

Chumbo 1,0x10-9

-

8,1x10-7

ácido meta-

acrílico

Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Água 6,0x10-10

50

Cádmio 1,0x10-9

-

5,0x10-7

4-

Vinilpiridina

Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Água 5,2x10-10

51

Cobre 3,1x10-8

-

1,9x10-6

ácido meta-

acrílico

Polimerização

em bulk

Pasta de

carbono

Nanotubo de

Carbono de

Paredes

Múltiplas

Cabelo e

água

5,4x10-9

52

Európio 5,0x10-7

-

3,0x10-5

4-

Vinilpiridina

e ácido

meta-acrílico

Polimerização

em suspensão

Pasta de

carbono

- Agua 1,5x10-7

53

Mercúrio 1,0x10-8

-

7,0x10-4

ácido meta-

acrílico

Polimerização

por

precipitação

Carbono

vítreo

Nanotubo de

Carbono de

Paredes

Múltiplas

Solo e

água

5,0x10-9

54

Chumbo 3,0x10-10

-

1,0x10-9

e

1,0x10-8

-

1,0x10-6

Ditizona Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Batom e

água

1,0x10-10

55

Prata 2,8x10-9

-

8,5x10-7

ácido meta-

acrílico

Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Água 9,0x10-10

56

Chumbo 1,0x10-10

-

1,0x10-8

e

1,0x10-8

-

4-

Vinilpiridina

Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Água 3,0x10-11

57


25

1,0x10-5

Paládio 1,0x10-11

-

1,0x10-9

e

1,0x10-9

-

1,0x10-6

4-

Vinilpiridina

Polimerização

por

precipitação

Pasta de

carbono

- Solo e

água

3,0x10-12

58

Tálio 1,5x10-8

–

1,2x10-6

ácido meta-

acrílico

Polimerização

em Bulk

Pasta de

carbono

Nanotubo de

Paredes

Múltiplas

Cabelo e

água

3,7x10-9

59

Mercúrio 5,0x10-10

-

1,0x10-8

e

8,0x10-8

-

2,0x10-6

Ditizona Polimerização

térmica

Pasta de

carbono

- Água 1,0x10-10

60

Cobre 1,0x10-6

-

1,0x10-1

ácido acrílico Polimerização

por

precipitação

Membrana

de PVC

- Água 2,0x10-6

61

Prata 0,5x10-9

-

2,8x10-7

4-

Vinilpiridina

Polimerização

em Bulk

Pasta de

carbono

Nanotubo de

Carbono de

Paredes

Múltiplas

Água 12,0x10-10

62

Urânio 2,0x10-9

-

3,0x10-7

FP(percursor

funcional

sintetizado)*

Polimerização

por processo

sol-gel

Pasta de

carbono

- Água 3,07x10-10

63

*FP- sintetizado pela reação entre 3-aminoquinolina(AQ) e 3-isocianato propil trimetoxisilano (ICTMS).

A partir desta revisão, podemos verificar e de certa forma contribuir com importantes

informações sobre o emprego desses novos materiais no desenvolvimento de sensores

biomiméticos visando à determinação de fármacos e de amostras ambientais, podendo ser

uma ótima alternativa para suplementar os métodos existentes com este propósito. Pois

apresentam a possibilidade de análise rápida, de baixo custo, sensível e altamente seletiva,

que pode ser feita tanto em laboratório quanto no local de produção ou em áreas ambientais

por serem dispositivos que possuem uma construção fácil.

Dessa forma, a utilização desses novos materiais, MIP e IIP, como modificador é

uma boa alternativa na modificação de sensores, e sua utilização pode ser explorada para

novos analitos e para outras técnicas, por exemplo, as cromatográficas, extração em fase

sólida, entre outras.


26

4. CONCLUSÃO

Com este trabalho foi possível verificar que o desenvolvimento de sensores empregando

a tecnologia de polímeros impressos molecularmente e ionicamente contribui muito nos

avanços no controle de qualidade de medicamentos e no controle ambiental.

Assim sendo, esta tecnologia apresenta-se como uma ferramenta promissora para o

desenvolvimento de sensores químicos principalmente por possuírem um reconhecimento

biomimético semelhante aos sistemas antígeno-anticorpo e/ou enzima-substrato. Os

sensores produzidos a partir dos MPs e IIPs apresentam algumas vantagens em relação a

outros modificadores, como o preparo fácil e de baixo custo, alta estabilidade e

principalmente a elevada seletividade.

De forma geral, esses sensores modificados com MIP e IIP podem ser aplicados em

varias áreas, destacando o uso no controle de medicamentos e em análises ambientais,

pois eles proporcionam análises mais rápidas, mais seletivas, com uma ampla faixa linear

de trabalho e baixos limites de detecção, o que é de grande importância nessas áreas.

Pode-se concluir então que as tecnologias de polímeros impressos molecularmente e

ionicamente oferecem uma nova ferramenta na procura de sensores químicos mais

seletivos, estáveis e sensíveis, e que eles podem ser uma alternativa viável quando

comparados com outros modificadores e com outras técnicas convencionais como as

cromatográficas.

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Universidade Federal de São João del-Rei · Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso,...

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