Eletrodos de Carbono Vítreo Modificados com Nanopartículas de Ouro Assistidos por Luz Visível para Detecção Sensível de Ácido Úrico

Resumo

Relatamos uma abordagem não enzimática altamente sensível para determinação de ácido úrico (AU) que aproveita a iluminação por luz visível em um eletrodo de carbono vítreo (GCE) modificado por nanopartículas de ouro (AuNPs) eletrodepositadas. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmou que as AuNPs são partículas esféricas bem dispersas com diâmetro médio de 26,1 nm. Estudos por voltametria cíclica (CV) e voltametria de pulso diferencial (DPV) revelaram que a luz visível aumenta dramaticamente tanto a magnitude quanto a estabilidade da corrente de resposta através do efeito de ressonância de plasmon de superfície (SPR) das AuNPs. A DPV exibiu correlação linear entre corrente de pico e concentração de AU de 2,8 a 57,5 µM, descrita por I_pa (µA)=0,0121 c_AU (µM)+0,3122 (R²=0,9987). Estes resultados demonstram o potencial do Au/GCE assistido por luz visível como sensor eletroquímico confiável para AU.

Introdução

O ácido úrico é o produto terminal do metabolismo das purinas e sua concentração no sangue e urina serve como biomarcador para condições como gota, doença renal, hipertensão e distúrbios cardiovasculares. Por outro lado, níveis baixos de AU têm sido associados a esclerose múltipla, doença de Parkinson, doença de Alzheimer e neurite óptica. Consequentemente, o monitoramento preciso de AU em fluidos biológicos é clinicamente indispensável.

Ensaios tradicionais de AU — incluindo testes enzimáticos, HPLC, espectrometria de massa, eletroforese capilar, quimioluminescência e colorimetria — frequentemente requerem preparação complexa de amostras e longos tempos de análise. Métodos eletroquímicos, explorando a oxidação irreversível de AU a alantoína, oferecem uma alternativa mais rápida e simples. Avanços recentes introduziram uma variedade de sensores não enzimáticos: nanofibras de carbono carregadas com paládio, eletrodos de líquido iônico de carbono, filmes híbridos PtAu, e compósitos quitosana-grafeno, entre outros.

Nanometais — Ag, Au, Pt, Cu, Pd — têm sido amplamente empregados na fabricação de sensores eletroquímicos devido à sua excelente condutividade, grande área de superfície e biocompatibilidade. Nanopartículas de ouro, em particular, beneficiam-se de um pronunciado SPR que pode colher luz visível e aumentar a atividade catalítica. Esta propriedade motiva o presente estudo, que combina AuNPs com iluminação por luz visível para melhorar a detecção de AU.

Métodos

Aparelhagem

A morfologia do eletrodo modificado foi examinada com MEV Hitachi SU8010. Medidas eletroquímicas foram conduzidas em uma estação de trabalho CHI760D usando configuração de três eletrodos: Au/GCE (0,07 cm²) como eletrodo de trabalho, fio de platina como contraeletrodo e eletrodo de referência calomelano saturado. Valores de pH foram medidos com um medidor pHS-2F.

Reagentes

Ácido úrico foi adquirido da Acros Organics. Ácido cloroáurico, fosfato dissódico, fosfato monossódico, ferrocianeto de potássio, ferricianeto de potássio e cloreto de potássio foram comprados da Sinopharm. Todos os reagentes foram usados como recebidos; experimentos foram realizados à temperatura ambiente.

Preparação do Eletrodo

Um GCE tipo L foi polido com alumina de 0,05 µm, limpo ultrassonicamente e enxaguado até que o CV em 2,5 mM Fe(CN)₆³⁻/⁴⁻/0,1 M KCl exibisse picos simétricos com ΔE_p <100 mV. AuNPs foram eletrodepositadas de 1 mM H₃PO₄/0,24 mM HAuCl₄ a –0,2 V, com carga de massa ajustada pela carga depositada.

Resultados e Discussão

Morfologia e Caracterização do Eletrodo

Imagens de MEV (Figura 1) mostram distribuição densa e monodispersa de AuNPs esféricas na superfície do GCE. O histograma de tamanho indica diâmetro médio de 26,1 nm, confirmando distribuição estreita de tamanho que aumenta a área de superfície ativa para oxidação de AU.

Comportamentos Voltamétricos Cíclicos

CVs em 0,1 M PBS (pH 7,0) contendo 1,0 mM AU (Figura 2) demonstram que iluminação por luz visível (20 cm de uma lâmpada Xe) aumenta a corrente de pico anódico de 12 µA (escuro) para 20 µA (iluminado) e estabiliza a resposta em varreduras sucessivas. O potencial de pico desloca ~6 mV negativamente sob iluminação, indicando transferência de elétrons aprimorada.

Efeito da Iluminação por Luz Visível

Durante ciclos sucessivos de CV, a iluminação desencadeou aumento rápido de corrente (Figura 3a). Curvas fotocorrente-tempo (Figura 3b) mostram quedas imediatas quando a lâmpada é desligada e recuperações rápidas ao reiluminar, confirmando aprimoramento estável e reversível impulsionado por SPR. Espectros UV-Vis (Arquivo Adicional 1: Figura S2) exibem pico de absorção a 597 nm, consistente com SPR de AuNPs. Transferência de elétrons quentes do Au para a superfície do GCE acelera a oxidação de AU e melhora a sensibilidade.

Efeito da Quantidade de Ouro

Variando a carga de Au (0,96–57,8 µg cm⁻²) revelou densidade ótima de 28,9 µg cm⁻², onde a corrente de pico foi maximizada e o potencial mais negativo. Excesso de Au (>57,8 µg cm⁻²) reduziu ligeiramente a corrente devido à transferência de elétrons dificultada. A carga escolhida fornece o melhor equilíbrio entre área de superfície e condutividade.

Efeito do Valor de pH

O pH ótimo para detecção de AU foi 7,0, indicado pela corrente de pico anódico máxima (Figura 5). A corrente diminuiu gradualmente do pH 7,0 para 9,0, confirmando que condições neutras favorecem a oxidação eletroquímica de AU.

Efeito da Taxa de Varredura

Aumentando a taxa de varredura de 20 a 200 mV s⁻¹ produziu deslocamento positivo no potencial de pico, indicando reação quasi-reversível. Relação linear entre corrente de pico anódico e √ν (R²=0,9702) confirma oxidação de AU controlada por difusão (Figura 6).

Determinação de AU

Análise DPV (Figura 7) exibiu resposta linear de 2,8 a 57,5 µM AU, descrita por I_pa (µA)=0,0121 c_AU (µM)+0,3122 (R²=0,9987). Sem iluminação, a faixa linear estreitou para 3–21 µM (R²=0,9943). O sensor demonstrou 7,88% RSD em oito eletrodos e perda de sinal de 9,8% após uma semana de armazenamento, indicando boa reprodutibilidade e estabilidade. Estudos de interferência e análise de amostra real (soro humano) renderam 96,3% de recuperação, confirmando aplicabilidade prática.

Conclusões

AuNPs homogêneas e esféricas foram eletrodepositadas no GCE, produzindo nanoestrutura bem dispersa com diâmetro médio de 26,1 nm. O Au/GCE assistido por luz visível exibiu desempenho eletroquímico superior, superando a condição de escuro através de aprimoramento de fotocorrente induzido por SPR. O sensor resultante oferece método simples, rápido e confiável para quantificação de AU, com potencial extensão a outras biomoléculas.