CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
INSTITUTO DE QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Desenvolvimento de sensores cromogênicos baseados em reações
enzimáticas e nanopartículas de prata para análise de ácidos ascórbico e
ferro (III) em meio aquoso
Mayra Silva Coutinho
Dissertação de Mestrado Natal/RN, julho de 2019
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DA TERRA INSTITUTO DE QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS – GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
MAYRA SILVA COUTINHO
DESENVOLVIMENTO DE SENSORES CROMOGÊNICOS BASEADOS EM REAÇÕES ENZIMÁTICAS E NANOPARTÍCULAS DE PRATA PARA ANÁLISE
DE ÁCIDO ASCÓRBICO E FERRO (III) EM MEIO AQUOSO.
Área de concentração: Química Orgânica
Orientador: Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes
Coorientadora: Prof. Dra. Lívia Nunes Cavalcanti
NATAL/RN 2019
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Francisco Gurgel De Azevedo - Instituto Química - IQ
Coutinho, Mayra Silva.
Desenvolvimento de sensores cromogênicos baseados em reações enzimáticas e nanopartículas de prata para análise de Ácido Ascórbico e Ferro (III) em meio aquoso / Mayra Silva Coutinho. -Natal: UFRN, 2019.
104f.: il.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra - CCET, Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Química (PPGQ).
Orientador: Dr. Fabrício Gava Menezes. Coorientadora: Dra. Lívia Nunes Cavalcanti.
1. Sensores Dissertação. 2. Reações Enzimáticas
-Dissertação. 3. Nanopartículas - -Dissertação. 4. Ácido Ascórbico -Dissertação. 5. Ferro (III) - -Dissertação. I. Menezes, Fabrício Gava. II. Título.
RN/UF/BSQ CDU 547.475.2(043.3)
Primeiramente agradeço a Deus por permitir a realização de mais uma etapa na vida, pois sem ele nada disso seria possível.
Agradeço ao meu orientador, Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes, pelos ensinamentos que me proporcionou crescer academicamente e profissionalmente. Além, da paciência, encorajamento nos momentos difíceis e por acreditar no meu potencial.
Também agradeço a minha coorientadora, Profa. Dra. Lívia Nunes Cavalcanti, pelas palavras de conforto, pelo carinho, paciência, os ensinamentos (que não foram poucos) e por sua disponibilidade em ajudar.
Aos meus amigos, em especial Jannyely, Fátima e Jordan, que me ajudaram durante todo o meu mestrado e tornaram meus dias mais alegres. Aos meus colegas de trabalho do LISCO, LENA e QBQ, Lilian, Erivaldo, Marcela, Thiago, Judson, Vitor, Alane, Julia, Djalan, André, Anderson e Daniel, que sempre me apoiaram e sempre se mostraram dispostos a colaborar com o meu trabalho. Ao meu amigo boy Edson que mesmo longe sempre se mostrou disposto em me ajudar.
Aos professores, José Luis Cardozo Fonseca, Tiago Pinheiro Braga e Elisane Langhinotti que se dispuseram a compor a banca examinadora.
À professora Renata Mendonça Araújo, pela parceria no laboratório e contribuições no trabalho.
Ao LENNA e o QBQ por disponibilizar os equipamentos, como espectrofotômetro UV-vis e balança e pipeta.
Ao LAMMEN pelas análises no infravermelho.
Ao meu esposo que me acompanhou e me incentivou durante todos esses anos. Obrigada pela compreensão, paciência, pelo o amor e por sempre me apoiar e caminhar junto comigo nas minhas escolhas. Você com certeza é um dos principais responsáveis pela conclusão de mais uma etapa da minha vida e eu te agradeço muito por isso.
À minha mãe que é meu exemplo de superação, e que sempre trabalhou muito para que eu e meus irmãos pudéssemos estudar e ter uma profissão. Obrigada mãe por ser meu referencial de trabalho, dedicação, disciplina, amor e carinho. Apesar da distância você
de sabedoria e carinho.
Aos meus irmãos, Mayara Coutinho e Mauro Coutinho, pelo amor, carinho, compreensão e a disponibilidade em me ajudar, mesmo à distância.
Às minhas amigas, mesmo perdendo vários encontros por causa de trabalho elas sempre me apoiaram e incentivaram.
Ao instituto de química, pela estrutura oferecida, e a todos os servidores que de alguma forma contribuiu para meu trabalho, em especial, os técnicos de química Matheus e Maurício.
“Paciência e perseverança tem o efeito
mágico de fazer as dificuldades
desaparecerem e os obstáculos sumirem” (John Quincy Adams)
RESUMO
O desenvolvimento de sistemas químicos para detecção de analitos específicos em solução tem atraído grande atenção devido a possibilidade de análises rápidas, de baixo custo, e de fácil implementação. Dentro deste contexto, destaca-se o uso de sistemas enzimáticos e nanoestruturados. O presente trabalho é dividido em duas partes principais. Inicialmente, foi proposto um novo método para determinação de ácido ascórbico (AA, vitamina C), baseado em seu efeito interferente na análise de glicose através do método enzimático colorimétrico. O princípio do método se baseia na inibição da formação do cromóforo quinonaimina, gerado via processos enzimáticos sequenciais, e cuja concentração no meio é diretamente proporcional à concentração de glicose. Pelo uso da espectroscopia UV-vis, foi obtida uma relação linear entre a diminuição da concentração do cromóforo em função do aumento da concentração de AA em solução. O método foi validado através da quantificação de AA em compridos efervescentes comerciais, com erros bastante satisfatórios, entre 0,01 e 1,25 %, e com limites de detecção e quantificação de 0,045 e 0,138 mg.L-1, respectivamente. A segunda parte do presente trabalho consiste no desenvolvimento de nanopartículas de prata funcionalizadas pelo produto natural rutina (AgNPs-RUT+AA) para detecção de cátions Fe3+ em solução aquosa, em presença de AA. Na melhor condição experimental (AgNO3, 0,2mM; AA, 0,1 mM; NaOH, 0,1 M e AA, 1mM), avaliada por UV-vis, foram obtidas AgNPs-RUT+AA pequenas, com tamanho médio de 4,1 nm, porém polidispersas, conforme verificadas por microscopia eletrônica de transmissão. Foi verificada que na presença de íons Fe3+, as AgNPs-RUT+AA passar a formar agregados, em uma única população de partículas com tamanho médio de 14.7 nM. Este efeito não foi verificado para outros cátions metálicos, incluindo Al3+, Ba2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu+, Cu2+ Hg2+, Mg2+, Na+, Ni2+, Pb2+, Sr2+, Sn2+, Fe3+. Mecanisticamente, a estabilização das nanopartículas pela ação da rutina ocorre via coordenação da porção 5-hidroxichromen-4-ona à superfície metálica, enquanto a detecção de ferro envolve coordenação do referido cátion com a porção catecol do produto natural, com uma estequiometria de pelo menos 1:2 metal-ligante. O papel do AA para detecção seletiva do metal pode estar associado tanto à prevenção de oxidação da rutina quanto à coordenação de outros cátions pelo ânion ascorbato. Por meio de espectroscopia UV-vis, foi obtida uma relação linear entre a concentração de Fe3+ (1-10
foram significantemente de 0,017 e 0,056 µmol.L-1, respectivamente.
PALAVRAS-CHAVE: Sensores; Reações enzimáticas; Nanopartículas; Ácido ascórbico;
The development of chemical systems aiming detection of specific analytes in solution has attracted great attention due the possibility of fast, low cost and practical implementation. In this context, methods based on enzymatic reactions and nanostructured systems play a relevant role. This work consist in two main parts. Firstly, a new method for detection of ascorbic acid (AA, vitamin C) based on its interfering effect in the quantification of glucose by the enzymatic colorimetric method is presented. This method is based in the inhibition of chromophore quinoneimine, generated by sequential enzymatic processes, which its concentration is proportional to concentration of glucose in the medium. UV-vis analysis showed a linear correlation between decreasing of quinoneimine concentration concomitantly to increasing of AA concentration. The method was validated by quantification of AA from commercial effervescent tablets, with satisfactory errors, from 0.01 to 1.25 %, and limits of detection and quantification of 0.045 and 0.138 mg.L-1, respectively. In the second part of the work, silver nanoparticles functionalized with the natural product rutin (AgNPs-RUT+AA) were employed in the detection of Fe3+ ions in solution, in the presence of
AA. In the best experimental condition (AgNO3, 0,2mM; AA, 0,1 mM; NaOH, 0,1 M e AA, 1mM), according to UV-vis analysis, small but polydisperse nanoparticles (4.1 nm), as verified by transmission electronic microscopy. In the presence of Fe3+, these nanoparticles increase in size (14.7 nm average) and undergo aggregation, as verified by TEM. These effects are not verified in the presence of Al3+, Ba2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu+, Cu2+ Hg2+, Mg2+, Na+, Ni2+, Pb2+, Sr2+, Sn2+, Fe3+. Mechanistically, adsorption of anionic RUT to silver surface via 5-hydroxychromen-4-one moiety, since it is the main site to coordinate to metal, while addition of Fe3+ induces to the formation of a coordination complex through anionic catechol group, in which at least 2:1 ligand-Fe3+ stoichiometry is required for aggregative effect. In this process, AA has a crucial role for selective detection and two possible explanation include avoid of previous oxidation of RU by silver and/or coordination of ascorbate do other cations. UV-vis analysis showed a linear correlation between concentration of Fe3+ ions in solution (1-10 μM) and the decreasing in the surface plasmon resonance band (396 nm) associated to AgNPs-RUT+AA. Limits of detection and quantification for quantification of Fe3+ were found to be 0.017 e 0.056
µmol.L-1, respectively.
Figura 2.1 – Representação esquemática de um sistema de detecção...22
Figura 2.2 – Classificação de sensores químicos de acordo com o princípio do transdutor...24
Figura 2.3 – Esquema do sistema de detecção colorimétrica...26
Figura 2.4 – Esquema do fenômeno Ressonância Plasmon de Superfície...30
Figura 3.1 – Configuração experimental para a captura de imagem e a aquisição do ROI...49
Figura 3.2 – (a) Reações envolvidas na formação de quinonaímina a partir da oxidação inicial da glicose e subsequente condensação de 4-aminoantipirina e fenol. O AA é oxidado a ácido desidroascórbico no meio reacional; (b) alterações nos espectros de UV-Vis (320-600 nm) e intensidade de cor das soluções de reagente colorimétrico contendo 20 µl de solução de glicose (10,0 mg L-1) em 2 mL de reagente enzimático após a adição de AA: (i) 0 mg L-1; (ii) 5,0 mg L -1; (iii) 10,0 mg L -1...51
Figura 3.3. – (a) Efeito do AA (6,0–10,0 mg.L-1) na formação do cromóforo de quinonaímina resultante da reação de 20 µl de solução de glicose (10,0 mg.L-1) em 2 mL de reagente colorido: (a) curva de calibração obtida de dados UV-Vis; (b) curva de calibração utilizando dados de imagem, onde Abs (G) é a absorbância encontrada para o canal G e Abs (B) é a absorbância encontrada para o canal B. Barras verticais representam o desvio padrão obtido em um triplicado de cada ponto...52
Figura 4.1 – Tabela nutricional de diferentes insumos: (a) papinha de bêbe; (b) água mineral e (c) leite desnatado...61
Figura 4.2 – Flavonoides utilizado na síntese de NPs...64
Figura 4.3 – Ordem de adição dos reagentes para obtenção das AgNPs -RUT...67
Figura 4.4 – Primeira condição da ordem de adição dos reagentes para obtenção das AgNPs -RUT+AA...68
Figura 4.5 – Segunda condição da ordem de adição dos reagentes para obtenção das AgNPs -RUT+AA...68
AgNPs -RUT+AA...69
Figuras 4.7 – (a) Espectro do UV-vis para diferentes concentrações de rutina de imediato a adição dos reagentes, (b) com 2 h de reação e (c) com 24 h. (d) fotos das soluções obtidas dos ensaios I–V...73
Figuras 4.8 – Primeira condição: (a) espectro do UV-vis para diferentes concentrações de rutina de imediato a adição dos reagentes e (b) com 2 h de reação...74
Figuras 4.9 – Segunda condição: (a) espectro do UV-vis para diferentes concentrações d e rutina de imediato a adição dos reagentes e (b) com 2 h de reação...74
Figura 4.10 - (a) Espectro do UV-vis para diferentes concentrações de rutina de imediato a adição dos reagentes, (b) com 2 h de reação e (c) com 24 h. (d) fotos das soluções obtidas dos ensaios I–V...76
Figura 4.11 – Espectros UV-vis da AgNPs-RUT+AA para diferentes valores de pH. O ajuste foi realizado com HCl 1M...77
Figura 4.12 – Imagem TEM dos AgNPs-RUT+AA sintetizados. A inserção mostra o histograma do tamanho das nanopartículas...78
Figura 4.13 – (a) Espectro de absorbância do UV-vis das AgNPs-RUT+AA quando adicionado diferentes cátions (Al3+, Ba2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu+, Cu2+ Hg2+, Mg2+, Na+, Ni2+, Pb2+, Sr2+, Sn2+, Fe3+) com concentração final de 30 µmol.L-1. (b) mudança
colorimétrica da solução coloidal para
Fe3+...79 Figura 4.14 – Decaimento da banda das AgNPs-RUT+AA na presença de Fe3+ no intervalo de 1 h...79 Figura 4.15 - Variação da intensidade do pico de absorção da AgNPs-RUT+AA na presença de Fe3+ e um segundo cátion (30 µmol.L-1) (Al3+, Ba2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu+, Cu2+ Hg2+, Mg2+, Na+, Ni2+, Pb2+, Sr2+, Sn2+)...80 Figura 4.16 – (a) Curva de calibração para detecção de Fe3+ a partir da agregação das NPs de prata. (b) Mudança de cor da solução coloidal de acordo com o aumento da
concentração de
Figura 4.18 – Espectro de infravermelho da rutina e da AgNPs-RUT+AA...83 Figura 4.19 – Curva de calibração para análise de Fe3+ mostrando a concentração prevista de Ferro (RGB) versus Ferro (III) (1 a 8 µM)...85
LISTA DE ESQUEMAS
Esquema 2.1 – Reações químicas envolvidas na quantificação de glicose por meio do método enzimático colorimétrico...28
Esquema 3.1- Propriedade antioxidante do ácido ascórbico...45
Esquema 3.2 – Efeito pró-oxidante do ácido ascórbico quando em excesso no organismo...45
Esquema 4.1 – Proposta mecanística para agregação das AgNPs-RUT+AA antes e após adição do Fe3+...84
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Lista de detecção de diferentes sensores colorimétricos...27
Tabela 3.1 – Figuras de mérito para o conjunto de calibração baseado em espectroscopia UV-Vis e método de imagem...53
Tabela 3.2 – Os valores ilustrados são referentes a concentração nominal e prevista para cada marca de comprimido, o erro médio relativo e o t-valor que foi calculado usando o teste t-Student...54
Tabela 3.3 Massa rotulada e prevista de AA usando espectroscopia e imagem para amostras das marcas A, B e C...55
Tabela 4.1 - Condições para a síntese de AgNPs funcionalizadas com rutina em diferentes concentrações molares...66
Tabela 4.2 – Condições para a síntese de AgNPs funcionalizadas com rutina em diferentes concentrações molares e ácido ascórbico...67
Tabela 4.3 - Ordem de adição dos reagentes para obtenção das NPs de prata funcionalizada com rutina e ácido ascórbico...74
LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS
UV-vis – Espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível
FTIR -ATR – Espectroscopia infravermelho com transformada de Fourier por reflectância total atenuada
GOD – Glicose oxidase
POD – Peroxidase
NPs – Nanopartículas
RPS – Ressonância de plasmon de superfície
AgNPs – Nanopartículas de prata
GSH-AgNPs – Glutationa funcionalizada com nanopartículas de prata
AA – Ácido ascórbico
TEM – Microscopia eletrônica de transmissão
HPLC – Cromatografia líquida de alta performance
UPLC – Cromatografia de ultra performance
RMSEC – Raiz quadrada do erro médio de calibração
DPR – Desvio padrão relativo
R – Coeficiente de correlação
R2 – Coeficiente de determinação
LD – Limite de detecção
LQ – Limite de quantificação
ICP-AES – Espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente
ICPMS – Espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado
EAA – Espectrometria de absorção atômica
NaOH – Hidróxido de sódio
AlCl3 – Cloreto de alumínio
Ba(NO3)2 – Nitrato de bário
CdSO4.8H2O – Octahidratado de sulfato de cádmio
CoCl2.6H2O – cloreto de cobalto hexahidratado
Cr(NO3)3.9H2O – Nitrato de cromo nonohidratado
CuCl – Cloreto cuproso
CuSO4 – Sulfato de cobre,
HgCl2 – Cloreto de mercúrio
Mg(NO3)2.6H2O - Nitrato de magnésio hexahidratado
NiCl2 – Cloreto de níquel
Pb(NO3)3 – Nitrato de chumbo
SrCl2 – Cloreto de estrôncio
SnCl2 – Cloreto de estanho
FeCl3 – Cloreto férrico
LISCO – Laboratório de síntese e isolamento de compostos orgânicos
LENA – Laboratório de eletroquímica e nanopartículas aplicadas
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 – APRESENTAÇÃO...20
CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...22
2.1 SENSORES...22
2.2 SENSORES QUÍMICOS...23
2.3 SENSORES COLORIMÉTRICOS...25
2.3.1 Sensores colorimétricos a partir de sistemas enzimáticos...28
2.3.2 Sensores colorimétricos baseados em nanopartículas de prata...29
2.3.3 Detecção colorimétrica utilizando o sistema de cor RGB...31
2.4 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA...32
CAPÍTULO3 – DETERMINAÇÃO COLORIMÉTRICA DO ÁCIDO ASCÓRBICO BASEADO EM SEU EFEITO INTERFERENTE NA ANÁLISE ENZIMÁTICA DA GLICOSE...44 3.1 INTRODUÇÃO...44 3.2 OBJETIVOS...46 3.2.1 Objetivo Geral...46 3.2.2 Objetivos Específicos...47 3.3 METODOLOGIA...47 3.3.1 Materiais e Reagentes...47
3.3.2 Preparo das amostras...47
3.3.3 Preparo das amostras reais...48
3.3.4 Espectroscopia UV-vis...48
3.3.5 Aquisição das imagens...49
3.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO...50
3.4.1 Interferência de ácido ascórbico na formação da quinonaimina...50
3.4.2 Conjunto de calibração usando ácido ascórbico padrão...52
3.4.3 Validação do método utilizando comprimidos de Vitamina C...53
3.5 CONCLUSÃO...55
3.6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...57
CAPITULO 4 – NANOPARTÍCULAS DE PRATA FUNCIONALIZADAS COM RUTINA PARA DETECÇÃO COLORIMÉTRICA DE Fe3+ EM MEIO AQUOSO NA PRESENÇA DE ÁCIDO ASCÓRBICO...61
4.1 INTRODUÇÃO...61 4.2 OBJETIVOS...64 4.2.1 Objetivo Geral...64 4.2.2 Objetivos Específicos...65 4.3 METODOLOGIA...65 4.3.1 – Materiais e reagentes...65
4.3.2 – Preparação das soluções...66
4.3.3 Preparação das AgNPs-RUT...66
4.3.4 Preparação das AgNPs-RUT em presença de ácido ascórbico...67
4.3.5 Controle do pH...69
4.3.6 Uso de AgNPs-RUT na detecção de Fe3+ (ensaios colorimétricos)..69
4.3.7 Espectroscopia de UV-vis...70
4.3.8 Espectroscopia de infravermelho...70
4.3.9 Análise de TEM...70
4.4.1 Estudo das condições para a síntese da AgNPs-RUT...71
4.4.2 Estudo das condições para a síntese da AgNPs-RUT+AA...73
4.4.3 Influência do pH na obtenção das AgNPs...76
4.4.4 Microscopia Eletrônica de Transmissão das AgNPs-RUT+AA...77
4.4.5 Aplicação das AgNPs-RUT+AA como sensor para metais...78
4.4.6 Desempenho Analítico...80
4.4.7 Proposta mecanística...82
4.4.8 Determinação de Fe3+ por imagem...84
4.5 CONCLUSÃO...85
4.6 REFERÊNCIAS...86
CAPITULO 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS...94
ANEXOS...95
CAPÍTULO 1 – APRESENTAÇÃO
A construção de dispositivos que respondam a diferentes estímulos é alvo de estudo de diversos grupos de pesquisa em todo o mundo, dado a importância de identificar e entender o comportamento de diferentes substâncias. Posto isto, o presente trabalho refere-se ao desenvolvimento de sensores cromogênicos para a detecção de vitamina C e Fe3+ em meio aquoso. Está dissertação encontra-se dividida em cinco capítulos, de modo que, no capítulo 2 é apresentado uma revisão bibliográfica abordando o princípio do funcionamento dos sensores e suas aplicações em diferentes áreas de atuação, visando como foco principal os sensores colorimétricos.
O terceiro capítulo, retrata o desenvolvimento de um sensor cromogênico para detectar ácido ascórbico (AA) mediante reações enzimáticas comumente utilizada para determinar componentes séricos, tal como a glicose, em que é descrito em detalhes o método utilizado para detecção de AA. Ademais, são apresentados os resultados experimentais para amostras padrões, bem como, para amostras reais de comprimidos efervescentes de vitamina C, sendo estes monitorados por espetroscopia UV-Vis e por imagem, em que é exposto os resultados do conjunto de calibração no intuito de validar o método desenvolvido. Para o capítulo 4 é apresentando os resultados provido do desenvolvimento de um novo sistema sensorial para ferro (III) baseado na desestabilização de nanopartículas de prata funcionalizadas com a rutina e ácido ascórbico. As condições experimentais para aquisição da prata coloidal são descritas, assim como, seu comportamento para atuar como sonda colorimétrica seletiva para íons de Fe3+. Além disso, é apresentado e discutido os resultados experimentais que foram adquiridos por espectroscopia UV-Vis, espectroscopia infravermelho por transformada de Fourier e microscopia eletrônica de transmissão.
As considerações finais são apresentas no quinto e último capítulo desta dissertação. No final da dissertação estão anexados o artigo publicado referente ao capitulo 3 e o artigo submetido a revista RSC Advances referente ao capitulo 4.
CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 SENSORES
A capacidade sensorial consiste em uma característica fantástica que os seres vivos possuem, na qual informações (estímulo) obtidas pelo sistema nervoso central podem ser analisadas e processadas. Todavia, mesmo que se tratando de sistemas altamente complexos, estes sentidos são limitados, e, muitas vezes, incapazes de prover informações com maiores detalhes. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de dispositivos para aplicações como sensores tem atraído grande atenção da comunidade científica nas últimas décadas [1].
Um sensor pode ser definido como um dispositivo capaz de detectar e/ou quantificar um determinado estimulo, seja ele físico ou químico [2]. Mecanisticamente, um sensor deve ser capaz de traduzir um dado estímulo em um sinal (elétrico, óptico, mecânico, entre outros) possível de ser detectado e medido [3]. A figura 2.1 ilustra o mecanismo geral do funcionamento de um sensor.
Figura 2.1 - Representação esquemática de um sistema de detecção.
Fonte: Adaptada de [4]
Dada a importância em diversos segmentos, a produção de sensores cresceu consideravelmente nas últimas décadas. De fato, busca-se cada vez mais dispositivos capazes de prover informações significativas sobre diferentes sistemas utilizados, tendo como finalidade facilitar a obtenção e o tratamento dos resultados. Notavelmente, diante de sistemas de alta complexidade, é inevitável o emprego de um maior número de
sensores para realizar a operação [5]. Atualmente, podemos encontrar sensores incorporados em diversos equipamentos presentes no nosso cotidiano, tais como equipamentos eletrônicos [6–9], eletrodomésticos [10], veiculares [11-12], hospitalares [13], entre outros. Desta forma, estes dispositivos desempenham um papel essencial no âmbito da automação [14].
Atualmente, dispositivos com capacidade sensorial possuem uma vasta aplicabilidade e funcionalidade, sendo capazes de quantificar desde temperatura e intensidade da luz, até salinidade, frequência cardíaca e pressão sanguínea. Por conta disso, os sensores requerem alguns atributos essenciais, tais como rápida respostas, baixo custo, fácil manuseio, operar continuamente ou pelo menos em ciclos repetidos, portátil e ser seletivo [1].
Os sensores podem ser divididos em duas classes: os ativos e passivos. O primeiro requer o uso de uma fonte externa de energia para produzir um sinal de saída, enquanto o segundo não precisa de nenhuma fonte de energia adicional para seu funcionamento, ou seja, é capaz de naturalmente gerar um sinal elétrico em resposta a um estímulo externo [15]. Esses dispositivos variam de acordo com o sistema que se deseja analisar. Logo, para um campo de aplicação específico, é necessário considerar os tipos de fenômenos envolvidos, mecanismos de conversão de estímulo em sinal e o material de fabricação [15–16].
2.2 SENSORES QUÍMICOS
Segundo a IUPAC, os sensores químicos são definidos como dispositivos capazes de determinar a presença e/ou concentração de um determinado analito presente em uma amostra de interesse, em um sinal analiticamente útil. Para que isso seja possível, é preciso que exista uma informação química, originada de uma reação química, e uma propriedade física promovida a partir do sistema investigado. Desta forma, os sensores químicos são constituídos basicamente de duas unidades funcionais: o receptor e o transdutor, e a partir da conversão inicial de uma informação química proveniente de um analito, em um dado meio, em algum sinal analítico detectável [2].
Um sensor químico ideal é caracterizado como um dispositivo portátil, de baixo custo, com resposta seletiva e instantânea a um determinado analito, independente da
concentração do mesmo e da natureza do meio no qual este esteja presente. Dadas estas características, um sensor perfeito acaba sendo uma utopia, tendo então as pesquisas voltadas a esta área, na maior parte dos casos, voltadas para sensores químicos normalmente otimizados para uma aplicação específica [17].
Os sensores químicos podem ser divididos em dois grandes grupos principais: diretos (simples) e indiretos (complexos). Os sensores diretos são caracterizados por influenciar na reação química de forma a afetar as características elétricas detectáveis, como resistência, potencial e capacitância, sendo necessário algum tipo de condicionamento de sinal elétrico, mas não de transdução. Por outro lado, os sensores indiretos são determinados pela influência química, e não elétrica, que alteram o estado de um indicador em função de alguma reação química, requerendo alguma forma de transdução para obter o sinal elétrico [18]. Ademais, os sensores químicos também se distinguem em categorias pelas características que eles respondem, ou seja, são agrupados de acordo com o princípio de funcionamento do transdutor, como por exemplo: óptico, eletroquímico, massa, magnético, térmico, dentre outros. A figura 2.2. ilustra alguns exemplos de sensores químicos que são classificados conforme sua influência [2, 18].
Figura 2.2 – Classificação de sensores químicos de acordo com o princípio do transdutor.
Fonte: Adaptada de [17 – 18]
O desenvolvimento dos sensores químicos nas últimas décadas resultou na possibilidade de aplicações em diferentes áreas, destacando-se os monitoramentos ambientais [19] e de processos industriais [20–21], análise da composição de gás [22–
23], na medicina e outras áreas biológicas [24–25], defesa nacional e segurança pública [26]. Como consequência das pesquisas, novos sensores químicos têm sido produzidos conforme as exigências requeridas pelas demandas, incluindo sensibilidade satisfatória, maior faixa dinâmica, portabilidade, baixo custo, além da possibilidade de medições automáticas e detecção on-line, in situ ou/e contínua. Dentre eles, se destacam os sensores colorimétrico (ou cromogênicos) [4], os quais serão discutidos na próxima seção.
2.3 SENSORES COLORIMÉTRICOS
O sensoriamento a base de dispositivos colorimétricos tem sido uns dos principais recursos para a detecção instantânea de diferentes analitos, especialmente em virtude da facilidade de detecção, incluindo análises a olho nu [27]. Entretanto, é comum o uso de espectrofotômetros (notavelmente UV-vis e fluorescência) como ferramenta para análises químicas quantitativas, instrumentos estes considerados de baixo custo, presentes na maioria dos laboratórios, muitas vezes portáteis, e que não exigem um profissional altamente treinado para operar. Contudo, nos últimos anos o uso de imagens digitais como recurso para o sensoriamento colorimétrico em análises químicas em que são obtidas por câmeras fotográficas, scanners, webcams ou smartphones cresceu em torno de 87% entre os anos de 2005 a 2015 [28, 29]. A justificativa para o crescimento significativo do uso de imagens decorre da possibilidade de obter resultados analíticos aproximados àqueles obtidos com instrumentação já estabelecido em laboratórios de análise e pesquisa [29]. Portanto, um sensor químico colorimétrico é um dispositivo que fornece uma resposta visual, ou seja, uma mudança de cor que pode ser detectada visualmente, como mostra o esquema figura 2.3.
Figura 2.3 – Esquema do sistema de detecção colorimétrica
Fonte: Autora 2019
A elaboração de um sensor colorimétrico é fundamentada no planejamento de uma molécula ou sistema químico que contenha um sítio receptor específico, e que promova alguma alteração de cor detectável após a interação com o analito-alvo [30]. Em geral, a detecção e identificação de substâncias químicas é essencialmente baseada em química supramolecular, todavia, detecções de analitos por meio da formação de ligações covalentes também são bem relatadas na literatura. As detecções para sensores cromogênicos são decorrentes de interações sensor-analito, em que a sinalização para analitos catiônicos ocorre a partir da interação com os pares de elétrons livres do sensor, já para analitos aniônicos ocorre a partir de ligações de hidrogênio, podendo ocorrer a desprotonação desta ligação [31–33].
Dentre os inúmeros sensores utilizados corriqueiramente nos laboratórios, os mais comuns são os indicadores de pH. Um exemplo clássico é o papel de tornassol, que consiste em um papel embebido com uma tintura orgânica que muda de cor na presença de ácidos e de bases. Análogo ao papel de tornassol, o violeta de metila também é um indicador ácido-base normalmente utilizado como sensor para íons cianetos [34]. Além dos indicadores de pH, outras classes de sensores colorimétricos de uso habitual são relatados, incluindo aqueles a base corantes orgânicos solvatocrômicos, indicadores redox, sais metálicos, enzimas e nanopartículas metálicas [35], tabela 2.2. A escolha de
uma sonda está relacionada a alguns critérios fundamentais, como a solubilidade, estabilidade, custo, toxidade e magnitude da mudança de cor. De fato, a área dos sensores colorimétricos tem se destacado nas últimas décadas por propiciar análises com alta sensibilidade e baixos limites de detecção e quantificação, e com resposta rápida, mesmo a partir de sistemas de baixos custos, a partir de reagentes prontamente disponíveis, e procedimentos experimentais simples.
Tabela 2.1 – Lista de detecção de diferentes sensores colorimétricos.
Diante das vantagens associadas aos sensores cromogênicos, um grande número de ensaios clínicos atualmente disponíveis comercialmente se baseia em alterações de cor provocadas pela presença de um analito em um dado sistema químico. Alguns exemplos incluem o monitoramento da glicose sanguínea e testes de gravidez precoce. Além disso, nos últimos anos, o desenvolvimento de sensores colorimétricos está aparecendo com maior incidência na detecção de pacientes infectados com Zika vírus [43], Alzheimer [44], bem como dispositivos para detectar marcadores tumorais [45]. De acordo com a literatura, os sensores colorimétricos também atuam no monitoramento de metais pesados, como mercúrio [46], cádmio [46] e chumbo [48] e na identificação de armas químicas e explosivos [49]. A diversidade de sondas sintetizadas, ou mesmo isoladas de produtos naturais e/ou construídas a partir de diferentes materiais, proporcionou essa variedade de sensores para diversas aplicações. Por outro lado, o uso de nanopartículas metálicas têm ganhado destaque como sondas para sensores colorimétricos em virtude de suas propriedades químicas e físicas únicas [50,51]. Nos próximos tópicos, serão abordados os tipos de sensores cromogênicos que são parte do presente trabalho: (i)
sensores baseados em reações enzimáticas; (ii) sensores baseados em nanopartículas metálicas.
2.3.1 Sensores colorimétricos a partir de sistemas enzimáticos
Métodos enzimáticos colorimétricos são amplamente empregados na identificação de analitos de interesse, especialmente em razão da seletividade dos processos enzimáticos envolvidos. A glicose, por exemplo, é detectada a partir deste método, através de um sistema baseado em reações de oxi-redução mediadas por enzimas. Inicialmente, a glicose oxidase (GOD) catalisa a oxidação da glicose para formar o ácido glucônico e peróxido de hidrogênio. Este último, é responsável pela conversão de 4-aminoantipirina e fenol, mediada pela enzima peroxidase (POD), no cromóforo quinonaimina, um composto orgânico de cor vermelha, cuja absorbância é medida em 508 nm. Nesta reação, existe equivalência molar entre a glicose presente no meio e a do cromóforo gerado, ou seja, a concentração da glicose é diretamente proporcional a intensidade da coloração do composto formado [52]. O esquema 2.1 ilustra as reações químicas envolvidas na quantificação de glicose via método enzimático colorimétrico. Outros exemplos de análises baseadas em reações enzimáticas incluem a detecção de metais pesados [53–55], neurotransmissores [56, 57], compostos orgânicos voláteis [58, 59] e vitaminas [60, 61].
Esquema 2.1 – Reações químicas envolvidas na quantificação de glicose por meio do método enzimático colorimétrico.
Compostos orgânicos contendo conjugação pi-estendida, tais como a quinoneimina, têm sido peças-chave para o planejamento de sensores colorimétricos, em razão de absorverem radiação eletromagnética na faixa do visível [62]. O aumento da cadeia conjugada dos compostos orgânicos resulta na aproximação dos níveis de energia eletrônicos ocasionando a diminuição da energia necessária para produzir uma transição de um nível de energia eletrônico ocupado para um nível desocupado em que resultará em um maior comprimento de onda da luz absorvida, esse efeito na absorção é denominado de deslocamento batocrômico. Alguns fatores, como pH, podem originar a mudança de cor de inúmeras moléculas orgânicas devido a mudança no estado de protonação dessas moléculas que afeta a conjugação e a densidade eletrônica, proporcionando o deslocamento de sua absorbância para o visível, acarretando a alteração de cor [63].
Agentes oxidantes/redutores também são fatores que podem influenciar o deslocamento da absorbância de diferentes compostos orgânicos, como a oxidação enzimática do aminoácido tirosina para a produção da melanina [64]. Uma das etapas da reação para obtenção da melanina é a formação dos intermediários dopaquinona e dopacromo são cromóforos de cor amarelo e laranja que apresentam absorbância máxima em 400 e 480 nm, respectivamente [65]. Sendo assim, os compostos orgânicos são comumente utilizados para a detecção e o sensoriamento de diferentes analitos, cuja inúmeras moléculas orgânicas absorvem na faixa do visível.
2.3.2 Sensores colorimétricos baseados em nanopartículas de prata
Da mesma forma que em outras áreas que buscam otimização de resultados e menores custos [66], nos últimos anos, materiais baseados em sistemas nanoestruturados tem se destacado na área de sensores cromogênicos. Dentro deste contexto, destaca-se o uso de nanopartículas metálicas, cujas aplicações se estendem, além do sensoriamento de diferentes analitos, tais como, à catálise, tratamento de água, formulações antimicrobianas, medicina e instrumentos cirúrgicos [67–72]. As variadas aplicabilidades das nanopartículas (NPs) decorre de suas propriedades físicas e químicas únicas em comparação com seu respectivo material na forma de bulk, propiciando maiores áreas de superfície e propriedades ópticas distintas, especialmente pela possibilidade de controle de composição, tamanho, forma, além da possibilidade de funcionalização [73].
O uso de NPs de prata têm se destacado em diversas áreas, incluindo sensores, notavelmente em virtude dos materiais de partidas serem obtidos comercialmente a preços módicos, das propriedades ópticas provenientes da banda de ressonância de plasmon de superfície (RPS), e da possibilidade de ancoramento de compostos orgânicos à superfície das mesmas [74,75]. Um ponto importante diz respeito à dependência do efeito RPS, e, consequentemente, da cor das NPs que é provinda da oscilação coletiva dos elétrons de condução quando a frequência de fótons incidente é ressonante a esses elétrons em que provoca absorção em comprimentos de onda na região do visível, bem como, o diâmetro e forma das mesmas [76]. Por exemplo, NPs esféricas de prata com tamanho de 20 nm absorvem em torno de 396 nm (cor amarela), enquanto as de 30 nm absorvem em torno de 401 nm (cor laranja) [63, 76]. Por outro lado, NPs de prata com formato triangular e diâmetro médio de 40 nm absorvem em 680 nm (coloração azul), enquanto as em formato de bastonete medindo em torno de 100 nm tem absorbância máxima em 750 nm [77]. A figura 2.4 mostra o mecanismo associado ao surgimento da banda de RPS.
Figura 2.4 – Esquema do fenômeno Ressonância Plasmon de Superfície.
Fonte: Adaptada de [72]
No decorrer dos últimos 30 anos, diversos métodos de síntese coloidal foram aprimorados com intuito de obter nanopartículas estáveis por um longo intervalo de tempo. Estas estruturas podem agora ser obtidas a partir de diferentes materiais de partida, com alta qualidade, controle de suas características (tamanho, composição química e formas), com preços acessíveis, incluindo produção em larga escala [78]. De modo geral, a síntese para aquisição das NPs é fundamentada em quatro componentes: meio, precursor, agente redutor e estabilizante, sendo estes fatores essenciais para a produção de NPs coloidais [79]. Dentro deste contexto, a utilização em meio aquoso e de agentes redutores e estabilizante de origem natural vem crescendo exponencialmente nos últimos anos, em razão da necessidade de reduzir ou eliminar o uso de solventes orgânicos e reagentes tóxicos à saúde humana [80]. Normalmente se faz a utilização de extratado de
plantas, açúcares, quitosana e flavonoides, sendo estes ricos em grupos que exibem afinidade pela superfície dos metais, tais como tiol (-SH), amino (NH2), hidroxil (-OH) e
carboxila (-COOH) [81].
A literatura traz interessantes trabalhos abordando o uso de NPs de prata na detecção de íons metálicos. Por exemplo, Sung utilizaram bastonetes (diâmetro médio de 100 nm) funcionalizados com o peptídeo glutationa como sensor colorimétrico seletivo do cátion Co2+, como mostrado na figura 2.5, nas quais as nomenclaturas S, P e R das GSH-AgNPs corresponde ao formato das nanopartículas sintetizadas [77]. Outros cátions também têm sido detectados pelo uso de NPs de prata, tais como Hg2+ [82,83], Cu2+ [84,85], Pb2+ [86,87] e Al3+ [88,89], entre outros.
Neste âmbito, as nanopartículas vem ganhado relevante espaço em variados campos de concentração, requerendo assim a necessidade de desenvolver métodos de obtê-las e aplica-las de forma eficaz e simples.
2.3.3 Detecção colorimétrica utilizando o sistema de cor RBG
O uso de imagens digitais para a detecção e quantificação de diferentes analitos vem se destacando nos últimos anos, em razão do seu baixo custo e a fácil aquisição das imagens que podem ser adquiridas a partir do uso de smartphones, câmeras digitais e scanners. Tais dispositivos eletrônicos possibilitam a substituição aos sistemas convencionais, em virtude da possibilidade de obter resultados analíticos aproximados àqueles obtidos com instrumentação já estabelecido em laboratórios de análise, além disso esses dispositivos são portáteis, possibilitando o seu uso fora do ambiente laboratorial.
Moraes e colaboradores desenvolveram uma nova metodologia de quantificação de sódio em amostras reais, tais como água de coco e água do mar, na qual obtiveram limites de detecção e quantificação apreciáveis quando comparado a outros métodos convencionais [90]. Também podemos encontrar na literatura a utilização de imagens para a detecção de diferentes analitos tais como, vitamina C [60], mercúrio [91] e compostos orgânicos voláteis [92]. As imagens fornecem valores numéricos que podem ser obtidos a partir do sistema de cores RBG (do inglês Red, Blue e Green), uma vez que sua resposta analítica está na região do visível, em que essas informações numéricas
podem ser obtidas empregando programas computacionais, tais como o programa R ou MATLAB [93,94]. A partir dos dados obtidos pode ser construído modelos de calibração por meio da intensidade de cor nos canais RGB ou em valores baseados em absorbância, sendo em geral necessário o emprego de ferramentas quimiométricas [93]. Deste modo, o uso de imagens tem se mostrado atraente para o monitoramento de diferentes analitos, devido as vantagens proporcionadas por este método frente a outros métodos tradicionais.
2.4 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
[1] GRÜNDLER, Peter. Introduction to Sensors. In: GRÜNDLER, Peter. Chemical Sensors: An Introduction for Scientists and Engineers. New York: Springer, 2007. Cap. 1. p. 1-13. DOI: 10.1007/978-3-540-45743-5.
[2] HULANICKI, A.; GLAB, S.; INGMAN, F.. Chemical sensors: definitions and classification. Pure And Applied Chemistry, [s.l.], v. 63, n. 9, p.1247-1250, 1 jan. 1991. Walter de Gruyter GmbH. http://dx.doi.org/10.1351/pac199163091247.
[3] KALANTAR-ZADEH, Kourosh. Introduction to Sensors. In: KALANTAR-ZADEH, Kourosh. Sensors: An Introductory Course. New York: Springer, 2013. Cap. 1. p. 1-9. DOI: 10.1007/978-1-4614-5052-8_1.
[4] [27] WANG, Wen. Introductory Chapter: What is Chemical Sensor? Progresses In Chemical Sensor, [s.l.], p.3-8, 24 ago. 2016. InTech. http://dx.doi.org/10.5772/64626. [5] National Research Council. Expanding the Vision of Sensor Materials. Washington, DC: The National Academies Press, c.1 p. 9-18, 1995. https://doi.org/10.17226/4782.
[6] XU, Fenlan et al. Recent Developments for Flexible Pressure Sensors: A Review. Micromachines, [s.l.], v. 9, n. 11, p.580, 7 nov. 2018. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/mi9110580.
[7] JANATA, Jiri; JOSOWICZ, Mira. Conducting polymers in electronic chemical sensors. Nature Materials, [s.l.], v. 2, n. 1, p.19-24, jan. 2003. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1038/nmat768.
[8] LEIGH, Simon J. et al. A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors. Plos One, [s.l.], v. 7, n. 11, p.1-6, 21 nov. 2012. Public Library of Science (PLoS). http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0049365.
[9] VELLIDIS, G. et al. A real-time wireless smart sensor array for scheduling irrigation. Computers And Electronics In Agriculture, [s.l.], v. 61, n. 1, p.44-50, abr. 2008. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.compag.2007.05.009.
[10] HESSE, J.; GARDNER, Jw; GOPEL, W.. Sensors in Household Appliances. Sensor Network Operations, [s.l.], p.1-8, 26 ago. 2003. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. http://dx.doi.org/10.1002/3527601430.
[11] FLEMING, W.j.. Overview of automotive sensors. Ieee Sensors Journal, [s.l.], v. 1, n. 4, p.296-308, 2001. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). http://dx.doi.org/10.1109/7361.983469.
[12] DING, Chuan; HU, Jia; MA, Xiaolei. Sensors in Connected Vehicle Technology: How Sensors Play a Critical Role. Journal Of Sensors, [s.l.], v. 2017, p.1-2, 2017. Hindawi Limited. http://dx.doi.org/10.1155/2017/8241932.
[13] VANHEMS, Philippe et al. Estimating Potential Infection Transmission Routes in Hospital Wards Using Wearable Proximity Sensors. Plos One, [s.l.], v. 8, n. 9, p.1-9, 11
set. 2013. Public Library of Science (PLoS).
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0073970.
[14] AKERBERG, Johan; GIDLUND, Mikael; BJORKMAN, Mats. Future research challenges in wireless sensor and actuator networks targeting industrial automation. 2011 9th Ieee International Conference On Industrial Informatics, [s.l.], p.410-415, jul. 2011. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/indin.2011.6034912.
[15] FRADEN, Jacob. Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications. 4. ed. New York: Springer, 2010. c.1 p 7-11. Disponível em: <http://www.realtechsupport.org/UB/SR/sensors/Fraden_Sensors_2010.pdf>. Acesso em: 09 mar. 2019
[16] WHITE, R.m.. A Sensor Classification Scheme. Ieee Transactions On Ultrasonics, Ferroelectrics And Frequency Control, [s.l.], v. 34, n. 2, p.124-126, mar. 1987. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). http://dx.doi.org/10.1109/t-uffc.1987.26922
[17] National Research Council. Expanding the Vision of Sensor Materials. Washington, DC: The National Academies Press, c.6 p. 73-87, 1995. https://doi.org/10.17226/4782.
[18] JANATA, Jirí. Introduction to Sensors. In: JANATA, Jirí. Principles of Chemical Sensors. 2. ed. New York: Springer Dordrecht Heidelberg London New York, 2009. Cap. 1. p. 1-11. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1007/b136378>. Acesso em: 22 fev. 2019.
[19] QIN, Xingcai et al. Chemical Sensing in Real Time with Plants Using a Webcam. Analytical Chemistry, [s.l.], v. 90, n. 21, p.13030-13035, 2 out. 2018. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.8b03863.
[20] SCARABELLI, Silvia et al. Evaluating Cellular Drug Uptake with Fluorescent Sensor Proteins. Acs Sensors, [s.l.], v. 2, n. 8, p.1191-1197, 2 ago. 2017. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acssensors.7b00331.
[21] GONZAGA, J.c.b. et al. ANN-based soft-sensor for real-time process monitoring and control of an industrial polymerization process. Computers & Chemical Engineering, [s.l.], v. 33, n. 1, p.43-49, jan. 2009. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.compchemeng.2008.05.019.
[22] CHEN, Zhuo et al. Mimicking a Dog’s Nose: Scrolling Graphene Nanosheets. Acs Nano, [s.l.], v. 12, n. 3, p.2521-2530, 7 mar. 2018. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.7b08294.
[23] FINE, George F. et al. Metal Oxide Semi-Conductor Gas Sensors in Environmental Monitoring. Sensors, [s.l.], v. 10, n. 6, p.5469-5502, 1 jun. 2010. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/s100605469.
[24] CUI, Haijun et al. Frosted Slides Decorated with Silica Nanowires for Detecting Circulating Tumor Cells from Prostate Cancer Patients. Acs Applied Materials & Interfaces, [s.l.], v. 10, n. 23, p.19545-19553, 17 maio 2018. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b06072.
[25] HE, Xingli et al. Transient Resistive Switching Devices Made from Egg Albumen Dielectrics and Dissolvable Electrodes. Acs Applied Materials & Interfaces, [s.l.], v. 8, n. 17, p.10954-10960, 22 abr. 2016. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acsami.5b10414.
[26] FRAGA-LAMAS, Paula et al. A Review on Internet of Things for Defense and Public Safety. Sensors, [s.l.], v. 16, n. 10, p.1-44, 5 out. 2016. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/s16101644.
[27] LIN, Chenwen et al. Gradient-Based Colorimetric Sensors for Continuous Gas Monitoring. Analytical Chemistry, [s.l.], v. 90, n. 8, p.5375-5380, 2 abr. 2018. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.8b00506.
[28] CAPITÁN-VALLVEY, Luis Fermín et al. Recent developments in computer vision-based analytical chemistry: A tutorial review. Analytica Chimica Acta, [s.l.], v. 899, p.23-56, out. 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.aca.2015.10.009.
[29] SILVA NETO, Gerson F.; FONSECA, Alexandre; BRAGA, Jez W. B.. Classification of mineral waters based on digital images acquired by smartphones. Química Nova, [s.l.], p.876-881, 2016. GN1 Genesis Network. http://dx.doi.org/10.5935/0100-4042.20160088.
[30] JANZEN, Michael C. et al. Colorimetric Sensor Arrays for Volatile Organic Compounds. Analytical Chemistry, [s.l.], v. 78, n. 11, p.3591-3600, jun. 2006. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ac052111s.
[31] ZHANG, Chen; SUSLICK, Kenneth S.. A Colorimetric Sensor Array for Organics in Water. Journal Of The American Chemical Society, [s.l.], v. 127, n. 33,
p.11548-11549, ago. 2005. American Chemical Society (ACS).
http://dx.doi.org/10.1021/ja052606z.
[32] LIM, Sung H. et al. A Colorimetric Sensor Array for Detection and Identification of Sugars. Organic Letters, [s.l.], v. 10, n. 20, p.4405-4408, 16 out. 2008. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ol801459k.
[33] SILVA, Lilian C. da et al. Ascorbic acid-based quinoxaline derivative as a chromogenic chemosensor for Cu 2+. Inorganic Chemistry Communications, [s.l.], v. 70, p.71-74, ago. 2016. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.inoche.2016.05.019.
[34] AFKHAMI, Abbas; SARLAK, Nahid. A novel cyanide sensing phase based on immobilization of methyl violet on a triacetylcellulose membrane. Sensors And Actuators B: Chemical, [s.l.], v. 122, n. 2, p.437-441, 26 mar. 2007. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2006.06.012.
[35] V.S, Ajay Piriya et al. Colorimetric sensors for rapid detection of various analytes. Materials Science And Engineering: C, [s.l.], v. 78, p.1231-1245, set. 2017. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2017.05.018.
[36] SUSLICK, Kenneth S.; RAKOW, Neal A.; SEN, Avijit. Colorimetric sensor arrays for molecular recognition. Tetrahedron, [s.l.], v. 60, n. 49, p.11133-11138, nov. 2004. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.tet.2004.09.007.
[37] ENDO, Tatsuro; YANAGIDA, Yasuko; HATSUZAWA, Takeshi. Colorimetric detection of volatile organic compounds using a colloidal crystal-based chemical sensor for environmental applications. Sensors And Actuators B: Chemical, [s.l.], v. 125, n. 2, p.589-595, ago. 2007. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2007.03.003.
[38] ZHANG, Kui et al. Instant Visual Detection of Trinitrotoluene Particulates on Various Surfaces by Ratiometric Fluorescence of Dual-Emission Quantum Dots Hybrid. Journal Of The American Chemical Society, [s.l.], v. 133, n. 22, p.8424-8427, 8 jun. 2011. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ja2015873
[39] RATNARATHORN, Nalin et al. Simple silver nanoparticle colorimetric sensing for copper by paper-based devices. Talanta, [s.l.], v. 99, p.552-557, set. 2012. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.talanta.2012.06.033.
[40] MIRANDA, Oscar R. et al. Colorimetric Bacteria Sensing Using a Supramolecular Enzyme–Nanoparticle Biosensor. Journal Of The American Chemical Society, [s.l.], v. 133, n. 25, p.9650-9653, 29 jun. 2011. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ja2021729.
[41] SILBERT, L. et al. Rapid Chromatic Detection of Bacteria by Use of a New Biomimetic Polymer Sensor. Applied And Environmental Microbiology, [s.l.], v. 72, n. 11, p.7339-7344, 22 set. 2006. American Society for Microbiology. http://dx.doi.org/10.1128/aem.01324-06.
[42] ZHANG, Yuanfu; LI, Baoxin; CHEN, Xingling. Simple and sensitive detection of dopamine in the presence of high concentration of ascorbic acid using gold nanoparticles as colorimetric probes. Microchimica Acta, [s.l.], v. 168, n. 1-2, p.107-113, 29 dez. 2009. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s00604-009-0269-5.
[43] CALVERT, Amanda E. et al. Rapid colorimetric detection of Zika virus from serum and urine specimens by reverse transcription loop-mediated isothermal amplification (RT-LAMP). Plos One, [s.l.], v. 12, n. 9, p.1-16, 25 set. 2017. Public Library of Science (PLoS). http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0185340.
[44] ZHOU, Yanli et al. Simple Colorimetric Detection of Amyloidβ-peptide (1-40) based on Aggregation of Gold Nanoparticles in the Presence of Copper Ions. Small, [s.l.],
v. 11, n. 18, p.2144-2149, 10 jan. 2015. Wiley.
http://dx.doi.org/10.1002/smll.201402593.
[45] KHAN, Yasser et al. Monitoring of Vital Signs with Flexible and Wearable Medical Devices. Advanced Materials, [s.l.], v. 28, n. 22, p.4373-4395, 12 fev. 2016. Wiley. http://dx.doi.org/10.1002/adma.201504366.
[46] XING, Changrui et al. Colorimetric detection of mercury based on a strip sensor. Anal. Methods, [s.l.], v. 6, n. 16, p.6247-6253, 2014. Royal Society of Chemistry (RSC). http://dx.doi.org/10.1039/c3ay42002g.
[47] SONG, Shanshan et al. Immunochromatographic paper sensor for ultrasensitive colorimetric detection of cadmium. Food And Agricultural Immunology, [s.l.], v. 29,
n. 1, p.3-13, 2 ago. 2017. Informa UK Limited.
http://dx.doi.org/10.1080/09540105.2017.1354358.
[48] ZHU, Jian et al. Colorimetric detection of lead(ii) ions based on accelerating surface etching of gold nanorods to nanospheres: the effect of sodium thiosulfate. Rsc Advances, [s.l.], v. 6, n. 30, p.25611-25619, 2016. Royal Society of Chemistry (RSC). http://dx.doi.org/10.1039/c5ra26560f.
[49] KANGAS, Michael J. et al. Colorimetric Sensor Arrays for the Detection and Identification of Chemical Weapons and Explosives. Critical Reviews In Analytical Chemistry, [s.l.], v. 47, n. 2, p.138-153, 16 set. 2016. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/10408347.2016.1233805.
[50] AZAYERI, Mir Hadi et al. Colorimetric detection based on gold nano particles (GNPs): An easy, fast, inexpensive, low-cost and short time method in detection of analytes (protein, DNA, and ion). Sensing And Bio-sensing Research, [s.l.], v. 20, p.1-8, set. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.sbsr.2018.05.002.
[51] CARO, Carlos et al. Silver Nanoparticles: Sensing and Imaging Applications. Silver Nanoparticles, [s.l.], p.201-224, 1 mar. 2010. InTech. http://dx.doi.org/10.5772/8513. [52] MENEZES, Fabrício G. et al. Bioorganic concepts involved in the determination of glucose, cholesterol and triglycerides in plasma using the enzymatic colorimetric method. Química Nova, [s.l.], p.1-7, 2015. GN1 Genesis Network. http://dx.doi.org/10.5935/0100-4042.20150040.
[53] ILANGOVAN, R. et al. Enzyme based Biosensor for Heavy Metal Ions Determination. Biotechnology & Biotechnological Equipment, [s.l.], v. 20, n. 1,
p.184-189, jan. 2006. Informa UK Limited.
http://dx.doi.org/10.1080/13102818.2006.10817330.
[54] CHEN, Chao et al. Experimental Platform to Study Heavy Metal Ion−Enzyme Interactions and Amperometric Inhibitive Assay of Ag+Based on Solution State and Immobilized Glucose Oxidase. Analytical Chemistry, [s.l.], v. 83, n. 7, p.2660-2666, abr. 2011. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ac1031435.
[55] LUKYANENKO, Kirill et al. Handheld Enzymatic Luminescent Biosensor for Rapid Detection of Heavy Metals in Water Samples. Chemosensors, [s.l.], v. 7, n. 1, p.1-10, 26 mar. 2019. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/chemosensors7010016.
[56] JACKOWSKA, Krystyna; KRYSINSKI, Pawel. New trends in the electrochemical sensing of dopamine. Analytical And Bioanalytical Chemistry, [s.l.], v. 405, n. 11, p.3753-3771, 16 dez. 2012. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s00216-012-6578-2.
[57] FLORESCU, Monica; DAVID, Melinda. Tyrosinase-Based Biosensors for Selective Dopamine Detection. Sensors, [s.l.], v. 17, n. 6, p.1-16, 7 jun. 2017. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/s17061314.
[58] KWAK, Jae et al. Volatile organic compounds released by enzymatic reactions in raw nonpareil almond kernel. European Food Research And Technology, [s.l.], v. 241, n. 3, p.441-446, 17 abr. 2015. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s00217-015-2463-5.
[59] FANG, Yi; RAMASAMY, Ramaraja P.. Detection of p-Ethylphenol, a Major Plant Volatile Organic Compound, by Tyrosinase-Based Electrochemical Biosensor. Ecs
Journal Of Solid State Science And Technology, [s.l.], v. 5, n. 8, p.3054-3059, 2016. The Electrochemical Society. http://dx.doi.org/10.1149/2.0101608jss.
[60] COUTINHO, Mayra et al. Colorimetric Determination of Ascorbic Acid Based on Its Interfering Effect in the Enzymatic Analysis of Glucose: An Approach Using Smartphone Image Analysis. Journal Of The Brazilian Chemical Society, [s.l.], p.2500-2505, 2017. Sociedade Brasileira de Quimica (SBQ). http://dx.doi.org/10.21577/0103-5053.20170086.
[61] NISHIMURA, Saki et al. Determination of Individual Vitamin B6 Compounds Based on Enzymatic Conversion to 4-Pyridoxolactone. Journal Of Nutritional Science And Vitaminology, [s.l.], v. 54, n. 1, p.18-24, 2008. Center for Academic Publications Japan. http://dx.doi.org/10.3177/jnsv.54.18.
[62] MARTINS, Guilherme B. C.; SUCUPIRA, Renata R.; SUAREZ, Paulo A. Z.. Chemistry and Colors. Revista Virtual de Química, [s.l.], v. 7, n. 4, p.1508-1534, 2015. Sociedade Brasileira de Quimica (SBQ). http://dx.doi.org/10.5935/1984-6835.20150082.
[63] BICKER, Kevin L.; WISKUR, Sheryl L.; LAVIGNE, John J.. COLORIMETRIC SENSOR DESIGN. In: WANG, Binghe; ANSLYN, Eric V. Chemosensors: Principles, Strategies, and Applications. New Jersey: Wiley, 2011. Cap. 14. p. 275-295. Disponível em: <http://dx.doi.org/ 10.1002/9781118019580.ch14>. Acesso em: 16 mar. 2019.
[64] D’ISCHIA, Marco et al. Polydopamine and Eumelanin: From Structure–Property Relationships to a Unified Tailoring Strategy. Accounts Of Chemical Research, [s.l.], v. 47, n. 12, p.3541-3550, 23 out. 2014. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ar500273y.
[65] SUGUMARAN, Manickam; BAREK, Hanine. Critical Analysis of the Melanogenic Pathway in Insects and Higher Animals. International Journal Of Molecular Sciences,
[s.l.], v. 17, n. 10, p.1-24, 20 out. 2016. MDPI AG.
http://dx.doi.org/10.3390/ijms17101753.
[66] MEDEIROS, Eliton S. de; PATERNO, Leonardo G.; MATTOSO, Luiz H. C.. Nanotecnologia. In: DURÁN, Nelson; MATTOSO, Luiz H. C.; MORAIS, Paulo Cesar de. Nanotecnologia: Introdução, preparação e caracterização de nanomateriais e exemplos de aplicação. São Paulo: Artliber, 2012. Cap. 1. p. 13-29.
[67] BOTHRA, Shilpa et al. Virgin silver nanoparticles as colorimetric nanoprobe for simultaneous detection of iodide and bromide ion in aqueous medium. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, [s.l.], v. 149, p.122-126, out. 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2015.04.059.
[68] YOLA, Mehmet Lütfi et al. Adsorptive and photocatalytic removal of reactive dyes by silver nanoparticle-colemanite ore waste. Chemical Engineering Journal, [s.l.], v. 242, p.333-340, abr. 2014. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.12.086.
[69] T.C., Prathna; SHARMA, Saroj Kumar; KENNEDY, Maria. Nanoparticles in household level water treatment: An overview. Separation And Purification Technology, [s.l.], v. 199, p.260-270, jun. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2018.01.061.
[70] PISÁRčIK, Martin et al. Silver nanoparticles stabilised with cationic single-chain surfactants. Structure-physical properties-biological activity relationship study. Journal of Molecular Liquids, [s.l.], v. 272, p.60-72, dez. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2018.09.042.
[71] MAURICIO, M. D. et al. Nanoparticles in Medicine: A Focus on Vascular Oxidative Stress. Oxidative Medicine And Cellular Longevity, [s.l.], v. 2018, p.1-20, 26 set. 2018. Hindawi Limited. http://dx.doi.org/10.1155/2018/6231482.
[72] MALI, Shrikant. Nanotechnology for Surgeons. Indian Journal Of Surgery, [s.l.], v. 75, n. 6, p.485-492, 20 set. 2012. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s12262-012-0726-y.
[73] YEH, Yi-cheun et al. NANOPARTICLES AND SENSORS. In: WANG, Binghe; ANSLYN, Eric V.. Chemosensors: Principles, Strategies, and Applications. New Jersey: Wiley, 2011. Cap. 9. p. 163-190. Disponível em: <https://doi.org/10.1002/9781118019580.ch9>. Acesso em: 16 mar. 2019.
[74] SCHOLL, Jonathan A.; KOH, Ai Leen; DIONNE, Jennifer A.. Quantum plasmon resonances of individual metallic nanoparticles. Nature, [s.l.], v. 483, n. 7390, p.421-427, mar. 2012. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1038/nature10904.
[75] ZAREI, Kobra; MOGHADDARY, Somayye. Sensitive spectrophotometric determination of ascorbic acid in drugs and foods using surface plasmon resonance band
of silver nanoparticles. Cogent Chemistry, [s.l.], v. 1, n. 1, p.1-8, 2 nov. 2015. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/23312009.2015.1109172.
[76] MELO JUNIOR, Maurício Alves et al. Preparação de nanopartículas de prata e ouro: um método simples para a introdução da nanociência em laboratório de ensino. Química Nova, [s.l.], v. 35, n. 9, p.1872-1878, 2012. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/s0100-40422012000900030.
[77] SUNG, Hwa Kyung et al. Colorimetric Detection of Co2+ Ion Using Silver Nanoparticles with Spherical, Plate, and Rod Shapes. Langmuir, [s.l.], v. 29, n. 28, p.8978-8982, 3 jul. 2013. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/la401408f.
[78] ZHAO, Yanyan; FROST, Ray L.; MARTENS, Wayde N.. Synthesis and Characterization of Gallium Oxide Nanostructures via a Soft-Chemistry Route. The Journal Of Physical Chemistry C, [s.l.], v. 111, n. 44, p.16290-16299, nov. 2007. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/jp075575y.
[79] ROCHA, T. R. Nanopartículas metálicas anisotrópicas: mecanismo de formação e propriedades ópticas. 2008. Tese (Doutorado em física) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP, 2008.
[80] GONÇALVES, Karina de Oliveira; SILVA, Monica Nascimento da; SICCHIERI, Letícia Bonfante. Síntese Verde de Nanopartículas de Ouro e Aplicações no Diagnóstico e Terapia de Aterosclerose. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA BIOMÉDICA, CBEB. Uberlândia: Canal 6 Editora, 2014. p. 1874 - 1877.
[81] PIRES, N. DA ROCHA. Síntese verde e parcialmente verde de nanopartículas de prata estabilizadas por galactomanana da fava danta. 2013. Dissertação. Mestrado em Química. Universidade Federal do Ceará. Fortaleza. 2013.
[82] UDDIN, Imran et al. Synthesis of silver nanoparticles using Matricaria recutita (Babunah) plant extract and its study as mercury ions sensor. Sensing And Bio-sensing Research, [s.l.], v. 16, p.62-67, nov. 2017. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.sbsr.2017.11.005.
[83] NAIN, Amit et al. Dual mechanism-based sensing of mercury using unmodified, heteroepitaxially synthesized silver nanoparticles. Applied Nanoscience, [s.l.], v. 7, n. 6, p.299-307, 8 jun. 2017. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s13204-017-0572-0.
[84] ZHOU, Ying et al. Colorimetric detection of Cu2+ using 4-mercaptobenzoic acid modified silver nanoparticles. Colloids And Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, [s.l.], v. 391, n. 1-3, p.179-183, nov. 2011. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.07.026.
[85] ULLAH, Azeem et al. Highly selective colorimetric naked-eye Cu2+ detection using new bispyrazolone silver nanoparticle-based chemosensor. International Journal Of Environmental Analytical Chemistry, [s.l.], v. 98, n. 10, p.977-985, 9 ago. 2018. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/03067319.2018.1515354.
[86] CHEON, Ja; PARK, Won. Green Synthesis of Silver Nanoparticles Stabilized with Mussel-Inspired Protein and Colorimetric Sensing of Lead(II) and Copper(II) Ions. International Journal Of Molecular Sciences, [s.l.], v. 17, n. 12, p.1-10, 30 nov. 2016. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/ijms17122006.
[87] LI, na et al. Determination of Lead (II) Concentration Using Iminodiacetic Acid-Modified Silver Nanoparticles by Highly Sensitive SERS Technique. Nano, [s.l.], v. 12, n. 07, p.1-8, jul. 2017. World Scientific Pub Co Pte Lt. http://dx.doi.org/10.1142/s1793292017500904.
[88] SHINDE, Surendra et al. A Spectral Probe for Detection of Aluminum (III) Ions Using Surface Functionalized Gold Nanoparticles. Nanomaterials, [s.l.], v. 7, n. 10, p.1-16, 22 set. 2017. MDPI AG. http://dx.doi.org/10.3390/nano7100287.
[89] SHARMA, Rekha; DHILLON, Ankita; KUMAR, Dinesh. Mentha-Stabilized Silver Nanoparticles for High-Performance Colorimetric Detection of Al(III) in Aqueous Systems. Scientific Reports, [s.l.], v. 8, n. 1, p.1-13, 26 mar. 2018. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1038/s41598-018-23469-1.
[90] MORAES, Edgar P. et al. Low-Cost Method for Quantifying Sodium in Coconut Water and Seawater for the Undergraduate Analytical Chemistry Laboratory: Flame Test, a Mobile Phone Camera, and Image Processing. Journal Of Chemical Education, [s.l.],
v. 91, n. 11, p.1958-1960, 24 jul. 2014. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/ed400797k.
[91] SAJED, S. et al. Improving Sensitivity of Mercury Detection using Learning Based Smartphone Colorimetry. Sensors And Actuators B: Chemical, [s.l.], ago. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2019.126942.
[92] AHN, Jungmo et al. Volatile Organic Compounds Recognition Using a Smartphone Camera and Fluorometric Sensors. Proceedings Of The 2018 Acm International Joint Conference And 2018 International Symposium On Pervasive And Ubiquitous Computing And Wearable Computers - Ubicomp '18, [s.l.], p.1324-1371, 2018. ACM Press. http://dx.doi.org/10.1145/3267305.3274185.
[93] NÓBREGA, Eryka Thamyris Damascena. Sensor de Demanda Química de Oxigênio: abordagem verde e de baixo custo baseada em papel funcionalizado com nanopartículas de prata e processamento de imagens. 2018. 60 f. TCC (Graduação) - Curso de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
[94] FERREIRA, Priscilla Souza. DETECÇÃO COLORIMÉTRICA DE
ANTOCIANINAS EM DISPOSITIVO MICROFLUÍDICO A BASE DE PAPEL. 2016. 85 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2016.
CAPÍTULO 3 – DETERMINAÇÃO COLORIMÉTRICA DO ÁCIDO ASCÓRBICO BASEADO EM SEU EFEITO INTERFERENTE NA ANÁLISE ENZIMÁTICA DA GLICOSE.
3.1 INTRODUÇÃO
O ácido ascórbico (AA), popularmente conhecido como vitamina C, foi a primeira vitamina a ser descoberta (1928), caracterizada (1933) e sintetizada em laboratório (1933). Estruturalmente, o AA pertence ao grupo orgânico denominados de lactonas, cuja síntese é originada a partir da glicose, sendo hidrossolúvel e termolábil [1]. Alguns mamíferos, tais como os seres humanos, são incapazes de sintetizar o ácido ascórbico em seu organismo, entretanto é de suma importância a ingestão diária desse micronutriente, uma vez que sua abstenção pode resultar no desenvolvimento de diversas doenças, tais como o escorbuto, que é uma doença hemorrágica e apresenta sintomas como edema nas articulações, fadiga, lassidão, tonteiras, anorexia, alterações cutâneas, infecções e podendo levar a morte, sendo assim, recomenda-se uma dose diária de 70-90 mg de AA por dia para adultos [2,3]. A produção de vitamina C ocorre em grande escala no mundo inteiro, onde mais de 100 milhões de quilos são produzidos todos os anos. As principais
