Desenvolvimento de um biossensor a base de core-shell para monitoramento de doença degenerativa em áreas urbanas

Abstract

A constante evolução da vida urbana, que acarreta no aumento do uso de automóveis e no crescimento das indústrias, pode ocasionar efeitos deletérios ao meio ambiente e à saúde dos seres vivos. A poluição do ar, a partir da emissão de gases, como monóxido de carbono, dióxido de nitrogênio, ozônio e materiais particulados, entre outros, estão associados ao desenvolvimento de diversos tipos de doenças, como câncer e doenças neurodegenerativas crônicas, tendo como exemplo, a doença de Parkinson. Os poluentes, após sua infiltração pelo sistema respiratório, podem causar neuroinflamação e acúmulo da alfa-sinucleína, o principal gene causador do mal de Parkinson, e degeneração de neurônios dopaminérgicos. O nível de dopamina encontrado no sistema nervoso, se insuficiente, é o causador dos principais sintomas motores relacionados à doença. Portanto, o desenvolvimento de métodos mais seletivos de detecção da dopamina tornou-se importante para a comunidade médica, para facilitar não só o tratamento, mas também o diagnóstico dessa doença. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um biossensor eletroquímico a base de core-shell para o monitoramento de dopamina em amostras. Para isso, foram sintetizadas nanopartículas de óxido de zinco que, posteriormente, foram recobertas por nanopartículas de ouro formando o core-shell de ZnO@Au. Após a imobilização da enzima tirosinase sobre a nanoestrutura e adsorção sobre um eletrodo miniaturizado de carbono, o dispositivo foi usado na quantificação da dopamina. Com relação a otimização das condições experimentais, o biossensor apresentou uma faixa linear entre as concentrações 0,1 e 500 µmol.L-1 de dopamina, com limite de detecção de 0,0855 µmol.L-1. Quando aplicado em amostra de urina sintética o biossensor apresentou um erro relativo de 3,772%. Além disso, o dispositivo mostrou uma alta seletividade apresentando uma alteração abaixo de 7%, na presença do interferentes estudados. A partir dos resultados obtidos, constatou-se que o dispositivo apresentou desempenho satisfatório e é promissor para ser usado no acompanhamento da doença de Parkinson.

The constant evolution of urban life, leading to an increase in the use of automobiles and the growth of industries, can have harmful effects on the environment and the health of living beings. Air pollution, from the emission of gases, such as carbon monoxide, nitrogen dioxide, ozone and particulate materials, among others, can be associated with the development of several types of diseases, including cancer and chronic neurodegenerative diseases, being the Parkinson's disease the most frequent. Pollutants, after infiltrating the respiratory system, can cause neuroinflammation and the accumulation of alpha-synuclein, the main causative agent of Parkinson's disease, and degeneration of dopaminergic neurons. The level of dopamine found in the nervous system, if insufficient, it is the cause of the main motor symptoms related to the disease. Therefore, the development of more selective methods for dopamine detection becomes important for the medical community, facilitating early treatment aimed at diagnostic of these diseases. In this context, the objective of this work was the development of an electrochemical biosensor based on core-shell nanostructure for dopamine monitoring. For this, zinc oxide nanoparticles were synthesized and covered by gold nanoparticles, forming the core-shell of ZnO@Au. After immobilization of the enzyme tyrosinase on the nanostructure and adsorption on a miniaturized carbon electrode, the device was used to quantify dopamine. After optimizing the experimental conditions, the biosensor showed a linear range between concentrations of 0.1 and 500 µmol.L-1 of dopamine, with a detection limit of 0.0855 µmol.L-1. When applied to a synthetic urine sample, the biosensor presented a relative error of 3.772%. In addition, the device showed a high selectivity presenting an alteration below 7%, in the presence of the studied interferents. From the results obtained, it was found that the device presented satisfactory performance and is promising to be used in the monitoring of Parkinson's disease.