Electrodos de Carbono Vítreo Modificados con Nanopartículas Au Asistidos por Luz Visible para Detección Sensible Ácido Úrico

Resumen

Reportamos un enfoque altamente sensible, no enzimático, para determinación ácido úrico (AU) que aprovecha iluminación luz visible en electrodo carbono vítreo (GCE) modificado por nanopartículas oro (AuNP) electrodepositadas. Microscopía electrónica barrido (SEM) confirmó AuNP bien dispersas, esféricas, diámetro promedio 26.1 nm. Voltametría cíclica (CV) y voltametría pulso diferencial (VPD) revelaron luz visible mejora dramáticamente magnitud y estabilidad corriente respuesta través efecto resonancia plasmonica superficial (SPR) AuNP. VPD mostró correlación lineal corriente pico y concentración AU 2.8–57.5 µM, descrita por I_pa (µA)=0.0121 c_AU (µM)+0.3122 (R²=0.9987). Resultados demuestran potencial GCE Au asistido luz visible como sensor electroquímico confiable AU.

Antecedentes

Ácido úrico producto terminal metabolismo purina y su concentración sangre y orina sirve biomarcador afecciones gota, enfermedad renal, hipertensión, trastornos cardiovasculares. Inversamente, bajos niveles AU vinculados esclerosis múltiple, Parkinson, Alzheimer, neuritis óptica. Consecuentemente, monitoreo preciso AU fluidos biológicos clínicamente indispensable.

Ensayos AU tradicionales —incluyendo tests enzimáticos, HPLC, espectrometría masas, electroforesis capilar, quimioluminiscencia, colorimetría— a menudo requieren preparación muestra compleja y largos tiempos análisis. Métodos electroquímicos, explotando oxidación irreversible AU a alantoína, ofrecen alternativa más rápida y simple. Avances recientes introdujeron variedad sensores no enzimáticos: nanofibras carbono cargadas paladio, electrodos líquido iónico carbono, películas híbridas PtAu, compuestos quitosano-grafeno, entre otros.

Nanometales —Ag, Au, Pt, Cu, Pd— empleados extensivamente fabricar sensores electroquímicos debido excelente conductividad, gran área superficial, biocompatibilidad. Nanopartículas oro, en particular, benefician pronunciado SPR que puede cosechar luz visible y mejorar actividad catalítica. Esta propiedad motiva presente estudio, combinando AuNP con iluminación luz visible impulsar detección AU.

Métodos

Apparato

Morfología electrodo modificado examinada Hitachi SU8010 SEM. Mediciones electroquímicas conducidas CHI760D estación trabajo configuración tres electrodos: Au/GCE (0.07 cm²) electrodo trabajo, hilo platino contraelectrodo, electrodo referencia calomelano saturado. Valores pH medidos medidor pHS-2F.

Reactivos

Ácido úrico Acros Organics. Ácido cloroáurico, fosfato disódico hidrógeno, fosfato sodio dihidrógeno, ferrocinuro potásico, ferricinuro potásico, cloruro potasio Sinopharm. Reactivos usados recibidos; experimentos temperatura ambiente.

Preparación Electrodo

GCE tipo L pulido alúmina 0.05 µm, limpiado ultrasónicamente, enjuagado hasta CV en 2.5 mM Fe(CN)₆³⁻/⁴⁻/0.1 M KCl mostraba picos simétricos ΔE_p <100 mV. AuNP electrodepositadas desde 1 mM H₃PO₄/0.24 mM HAuCl₄ a –0.2 V, carga mássica ajustada por carga depositada.

Resultados y Discusión

Morfología y Caracterización Electrodo

Imágenes SEM (Figura 1) muestran distribución densa, monodispersa, esféricas AuNP superficie GCE. Histograma tamaño indica diámetro promedio 26.1 nm, confirmando distribución estrecha tamaño que mejora área superficial activa oxidación AU.

Comportamientos Voltamétricos Cíclicos

CV en 0.1 M PBS (pH 7.0) conteniendo 1.0 mM AU (Figura 2) demuestran iluminación luz visible (20 cm lámpara Xe) aumenta corriente pico anódico 12 µA (oscuridad) a 20 µA (iluminado) y estabiliza respuesta ciclos sucesivos. Potencial pico se desplaza ~6 mV negativo bajo iluminación, indicando transferencia electrón mejorada.

Efecto Iluminación Luz Visible

Durante ciclos CV sucesivos, iluminación desencadenó rápido aumento corriente (Figura 3a). Curvas fotocorriente-tiempo (Figura 3b) muestran disminuciones inmediatas al apagar lámpara y recuperaciones rápidas re-iluminación, confirmando mejora estable y reversible impulsada SPR. Espectros UV-Vis (Archivo Adicional 1: Figura S2) exhiben pico absorción 597 nm, consistente SPR AuNP. Transferencia electrón caliente Au a superficie GCE acelera oxidación AU y mejora sensibilidad.

Efecto Cantidad Oro

Variando carga Au (0.96–57.8 µg cm⁻²) reveló densidad óptima 28.9 µg cm⁻², donde corriente pico maximizada y potencial más negativo. Exceso Au (>57.8 µg cm⁻²) redujo ligeramente corriente por transferencia electrón obstaculizada. Carga elegida mejor balance área superficial conductividad.

Efecto Valor pH

pH óptimo detección AU encontrado 7.0, indicado por máxima corriente pico anódico (Figura 5). Corriente disminuyó gradualmente pH 7.0 a 9.0, confirmando condiciones neutras favorecen oxidación electroquímica AU.

Efecto Velocidad Barrido

Aumentando velocidad barrido 20–200 mV s⁻¹ produjo desplazamiento positivo potencial pico, indicando reacción cuasi-reversible. Relación lineal corriente pico anódico y √ν (R²=0.9702) confirma oxidación AU controlada difusión (Figura 6).

Determinación AU

Análisis VPD (Figura 7) exhibió respuesta lineal 2.8–57.5 µM AU, descrita por I_pa (µA)=0.0121 c_AU (µM)+0.3122 (R²=0.9987). Sin iluminación, rango lineal se estrechó 3–21 µM (R²=0.9943). Sensor demostró 7.88% RSD ocho electrodos y 9.8% pérdida señal tras semana almacenamiento, indicando buena reproducibilidad y estabilidad. Estudios interferencia y análisis muestra real (suero humano) rindieron 96.3% recuperación, confirmando aplicabilidad práctica.

Conclusiones

AuNP homogéneas, esféricas, electrodepositadas sobre GCE, produciendo nanoestructura bien dispersa diámetro promedio 26.1 nm. GCE Au asistido luz visible exhibió rendimiento electroquímico superior, superando condición oscuridad mediante mejora fotocorriente inducida SPR. Sensor resultante ofrece método simple, rápido, confiable cuantificación AU, con potencial extensión otras biomoléculas.

Abreviaturas

AuNP:

Nanopartículas oro

CE:

Electroforesis capilar

CV:

Voltametría cíclica

VPD:

Voltametría pulso diferencial

GCE:

Electrodo carbono vítreo

HPLC:

Cromatografía líquida alto rendimiento

SEM:

Microscopio electrónico barrido

SPR:

Resonancia plasmonica superficial

AU:

Ácido úrico