Electrochemical Behavior and Determination of Fluconazole

The electrochemical behavior of fluconazole showed an irreversible oxidation process, with the electrochemical - chemical mechanism being highly dependent on the electrode material. Adsorption of reagent at positive applied potential was observed at Pt electrode while preferential adsorption of the oxidation products was observed at Glassy Carbon surfaces. In pH below 7.0, the anodic current process was intensively decreased. At carbon paste electrode, the fluconazole oxidation current, recorded in phosphate buffer solution (pH 8.0), changed linearly with the fluconazole concentration, Ipa = 5.7×10-5 (mA) × 0.052 [Fluconazol] (μg mL-1), in the range of 48.0 to 250.0 μg mL-1. The detection limit obtained was 6.3 μg mL-1.

Optimized architecture for Tyrosinase-containing Langmuir-Blodgett films to detect pyrogallol

The control of molecular architectures has been a key factor for the use of Langmuir-Blodgett (LB) films in biosensors, especially because biomolecules can be immobilized with preserved activity. In this paper we investigated the incorporation of tyrosinase (Tyr) in mixed Langmuir films of arachidic acid (AA) and a lutetium bisphthalocyanine (LuPc(2)), which is confirmed by a large expansion in the surface pressure isotherm. These mixed films of AA-LuPc(2) + Tyr could be transferred onto ITO and Pt electrodes as indicated by FTIR and electrochemical measurements, and there was no need for crosslinking of the enzyme molecules to preserve their activity. Significantly, the activity of the immobilised Tyr was considerably higher than in previous work in the literature, which allowed Tyr-containing LB films to be used as highly sensitive voltammetric sensors to detect pyrogallol. Linear responses have been found up to 400 mu M, with a detection limit of 4.87 x 10(-2) mu M (n = 4) and a sensitivity of 1.54 mu A mu M(-1) cm(-2). In addition, the Hill coefficient (h = 1.27) indicates cooperation with LuPc(2) that also acts as a catalyst. The enhanced performance of the LB-based biosensor resulted therefore from a preserved activity of Tyr combined with the catalytic activity of LuPc(2), in a strategy that can be extended to other enzymes and analytes upon varying the LB film architecture.

Cucurbit[6]uril/PVC-based semipermeable membranes as electrode modifiers for electrochemical investigation of insoluble substrates

We have described here a new kind of membrane material which acts as an ionic conductor on the surface of modified electrodes. Using these membranes it is possible to assemble highly efficient modified electrodes for electrochemical investigation of insoluble substrates. These materials can easily replace carbon paste electrodes and Nafion (R) for this purpose with a series of advantages. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

DNA-based biosensor for the electrocatalytic determination of antioxidant capacity in beverages

Reactive oxygen species (ROS) are produced as a consequence of normal aerobic metabolism and are able to induce DNA oxidative damage. At the cellular level, the evaluation of the protective effect of antioxidants can be achieved by examining the integrity of the DNA nucleobases using electrochemical techniques. Herein, the use of an adenine-rich oligonucleotide (dA21) adsorbed on carbon paste electrodes for the assessment of the antioxidant capacity is proposed. The method was based on the partial damage of a DNA layer adsorbed on the electrode surface by OH• radicals generated by Fenton reaction and the subsequent electrochemical oxidation of the intact adenine bases to generate an oxidation product that was able to catalyze the oxidation of NADH. The presence of antioxidant compounds scavenged hydroxyl radicals leaving more adenines unoxidized, and thus, increasing the electrocatalytic current of NADHmeasured by differential pulse voltammetry (DPV). Using ascorbic acid (AA) as a model antioxidant species, the detection of as low as 50nMof AA in aqueous solution was possible. The protection efficiency was evaluated for several antioxidant compounds. The biosensor was applied to the determination of the total antioxidant capacity (TAC) in beverages.

Electrocatalytic evaluation of DNA damage by superoxide radical for antioxidant capacity assessment

The integrity of DNA purine bases was herein used to evaluate the antioxidant capacity. Unlike other DNA-based antioxidant sensors reported so far, the damaging agent chosen was the O 2 radical enzymatically generated by the xanthine/xanthine oxidase system. An adenine-rich oligonucleotide was adsorbed on carbon paste electrodes and subjected to radical damage in the presence/absence of several antioxidant compounds. As a result, partial damage on DNA was observed. A minor product of the radical oxidation was identified by cyclic voltammetry as a diimine adenine derivative also formed during the electrochemical oxidation of adenine/guanine bases. The protective efficiency of several antioxidant compounds was evaluated after electrochemical oxidation of the remaining unoxidized adenine bases, by measuring the electrocatalytic current of NADH mediated by the adsorbed catalyst species generated. A comparison between O 2 and OH radicals as a source of DNA lesions and the scavenging efficiency of various antioxidant compounds against both of them is discussed. Finally, the antioxidant capacity of beverages was evaluated and compared with the results obtained with an optical method.

Construção de Biossensores de ADN para a Avaliação da Capacidade Antioxidante

Mestrado em Engenharia da Computação e Instrumentação Médica

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNOS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de agentes oxidantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos agentes oxidantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por agentes oxidantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três agentes oxidantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como agentes oxidantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se utilizou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (871 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L). Na presença de HClO, o valor de CAT mais elevado pertence a uma amostra de sumo (513 mg AAE/L) mas, o valor de CAT da amostra de sumo natural é muito mais baixa do que o esperado (17 mg AAE/L). Foram estudados outros antioxidantes para além do AA (ácido cumárico, ácido gálico e ácido cafeico), e constatou-se que cada um deles promove proteção ao dA20-EPC na presença de cada um dos diferentes contaminantes (H2O2, NO• e HClO).

BIiossensor Enzimático para avaliação da Capacidade Antioxidente

Os radicais livres formam-se naturalmente nos organismos vivos, pois a sua produção/geração está interligada com o processo de produção de energia (respiração), processos inflamatórios (fagocitose), regulação do crescimento celular, sinalização intercelular e síntese de substâncias biológicas relevantes. Estes também podem ser introduzidos por vias exógenas (poluição, radiação, tabaco, alimentação, etc). Os radicais livres têm capacidade de reagir com o material nucleico (ADN e ARN), proteínas e substâncias oxidáveis, causando danos oxidativos responsáveis pelo envelhecimento e originar doenças degenerativas, tais como, o cancro, arteriosclerose, artrite reumatoide, entre outras. De forma a combater os efeitos pejorativos provocados pelos radicais, os organismos vivos desenvolveram complexos sistemas de defesa antioxidante. Estes sistemas são constituídos por antioxidantes endógenos, produzidos pelos seres vivos, tais como enzimas ou por antioxidantes exógenos obtidos por via da alimentação (por exemplo o ácido ascórbico). Neste sentido, um antioxidante tem capacidade de eliminar ou reduzir a propagação da cadeia de geração de radicais livres. Neste trabalho foi desenvolvido um biossensor enzimático para a quantificação da capacidade antioxidante total de matrizes alimentares. A construção deste biossensor consistiu na eletroimobilização da adenina no elétrodo de pasta de carbono (EPC) ou na adsorção física da dA20 na superfície do EPC. O dano oxidativo foi induzido pelo radical hidroxilo gerado pela reação de Fenton. Nesta dissertação, foi estudada a capacidade de alguns antioxidantes em eliminar o efeito pejorativo dos radicais livres e combater a integridade das bases de adenina ou do dA20.Os antioxidantes estudados foram o ácido ascórbico e alguns ácidos fenólicos como o ácido hidroxibenzoico (ácido gálico) e ácidos hidroxicinâmicos (ácido cafeico e ácido cumárico). Estes antioxidantes têm a capacidade de neutralizar o radical hidroxilo e proteger a adenina/dA20 imobilizado na superfície do EPC. O comportamento da Lacase foi estudado na presença do ácido gálico e do ácido ascórbico. Os estudos eletroquímicos foram realizados através da voltametria de onda quadrada (VOQ), sendo que a interação entre a adenina/ou o dA20 imobilizada na superfície do EPC e os radicais livres na ausência e presença de antioxidantes foi avaliada por meio de mudanças no pico anódico produzido pela oxidação da adenina /dA20. Os resultados demonstraram que estes biossensores permitem a avaliação da capacidade antioxidante total em águas aromatizadas.

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de contaminantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos contaminantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por contaminantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três contaminantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como contaminantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se usou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (526 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L).

Estudo eletroquímico do azul de metileno adsorvido sobre sílica gel quimicamente modificada com óxido de nióbio

Methylene blue (AM) was immobilised on surface of the silica gel modified with niobium oxide. This material was incorporated in a carbon paste electrode, which showed a redox couple in a potential of E= -113 mV vs SCE in KCl solution at pH 7.0. The formal potential, in 0.5 mol L-1 KCl at pH 7.0, shifted about 290 mV towards more positive values compared to those observed for AM solubilized in aqueous solution. The dependence on the formal potential with solution pH between 2 and 7 was much lower than those observed for AM solubilized in aqueous solution.

Determinação de paracetamol em produtos farmacêuticos usando um biossensor de pasta de carbono modificado com extrato bruto de abobrinha (Cucurbita pepo)

Crude extracts of several vegetables such as peach (Prunus persica), yam (Alocasia macrorhiza), manioc (Manihot utilissima), artichoke (Cynara scolymus L), sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.), turnip (Brassica campestre ssp. rapifera), horseradish (Armoracia rusticana) and zucchini (Cucurbita pepo) were investigated as the source of peroxidase (POD: EC 1.11.1.7). Among those, zucchini (Cucurbita pepo) crude extract was found to be the best one. This enzyme in the presence of hydrogen peroxide catalyses the oxidation of paracetamol to N-acetyl-p-benzoquinoneimine which the electrochemical reduction back to paracetamol was obtained at a peak potential of ¾0.10V. A cyclic voltammetric study was performed by scanning the potential from + 0.5 to ¾ 0.5 V. The recovery of paracetamol from two samples ranged from 97.3 to 106% and a rectilinear calibration curve for paracetamol concentration from 1.2x10-4 to 2.5x10-3 mol L-1 (r=0.9965) were obtained. The detection limit was 6.9x10-5 mol L-1 and the relative standard deviation was less than 1.1% for a solution containing 2.5x10-3 mol L-1 paracetamol and 2.0x10-3 mol L-1 hydrogen peroxide (n=12). The results obtained for paracetamol in pharmaceutical products using the proposed biosensor and Pharmacopoeial procedures are in agreement at the 95% confidence level.

Otimização da preparação de eletrodo de pasta de carbono contendo riboflavina imobilizada em suporte inorgânico

The aim of this work was to optimize the preparation of electrodes with riboflavin (RF) immobilized on a silica surface modified with niobium oxide and carbon paste. Electrode preparation was optimized employing a factorial design consisting of two levels and three factors. The electrochemical properties of immobilized RF were investigated by cyclic voltammetry. The factorial analysis was carried out analysing the current intensity (Ipa). It was possible to optimize the electrode to get the best reversibility in the redox process, i. e. the lowest separation between anodic and cathodic peak potentials and a current ratio close to unity. The concentration of supporting electrolyte has a small effect. The proportion has the highest effect and the interaction factor between proportion and mixture has also a significant effect on the current intensity.

Eletrodos de pasta de carbono modificados com ácidos húmicos: estudo e determinação de metais em meio aquoso

Since 1992, the carbon paste electrodes modified with humic acids have been used for studying the behavior of metals in aqueous solutions. Many parameters influence the performance of the electrodes, such as the humic acid ratio, the nature of the humic acid, the accumulation time, the pH, the scan rate, and the preparation of the electrodes itself. There are various methos of preparing the electrodes. The goal of this paper is to review some of them. The advantages of using electrodes modified with humic acids as electrochemical sensors for evaluating metals in aqueous solution are stressed.

Los electrodos de pasta de carbono en el estudio electroquímico de minerales metálicos

This paper shows the applicability of the carbon paste electrode-mineral (CPE-mineral) to study the dissolution mechanisms of minerals in powder form and in flotation concentrates. A potentiodynamic strategy to find the dissolution mechanism of galena (PbS) is presented. In this way, minerals less studied such as orpiment (As2S3) and realgar (As2S2) are investigated. The electrochemical activity of a more complicated mineral such as sphalerite (ZnS), containing 12.3 and 0.43% of iron in solid solution, is discussed. The mechanism of a complex zinc concentrate (containing 63.4% ZnS, 20.1% FeS2, 5% CuFeS2, 0.33% PbS, 0.45% Cu12Sb4S13 and 0.4% FeAsS) is described. Finally, an electrochemical method for the detection of the different leachable and refractory silver phases (contained in two mineral concentrates) is presented. This paper reviews the power of the use of CPE-mineral coupled to electrochemical techniques in hydrometallurgy.

Evaluación de la reactividad de sulfuros de hierro y residuos mineros: una metodología basada en la aplicación de la voltamperometría cíclica

The mining industry around the world produces an important amount of wastes, which by their high toxic metal and iron sulfide content present a serious environmental problem. Iron sulfide oxidation under weathering conditions provokes the main environmental problem of the mining industry, the generation of Acid Rock Drainage (ARD). Up to now the prediction methodologies do not allow the study of important factors that influence the generation of ARD, producing in some cases erroneous or uncertain conclusions. This paper shows the utilization of cyclic voltammetry using carbon paste electrodes (CPE-Mineral) as an alternative tool in the study of the oxidation capacity of iron sulfides and mining wastes. This electrochemical technique constitutes a novel methodology to establish and understand the factors involved during generation of ARD. Results of several studies including selected sulfide samples and sulfide mining wastes have been described in order to show the capacity of this methodology as a complementary tool in the prediction of the generation of ARD.