O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um subproduto onipresente de inúmeras reações bioquímicas catalisadas por enzimas, incluindo aquelas mediadas por lactato oxidase, glutamato oxidase e glicoseoxidase 1. Sua presença generalizada em uma ampla gama de processos fisiológicos e patológicos 2,3,4 a torna uma biomolécula crítica para a compreensão dos estados de saúde e doenças humanas. Portanto, a detecção precisa deH2O2 em concentrações ultra-baixas é essencial para obter insights precisos sobre as condições corporais, gerando grande interesse entre os pesquisadores em desenvolver metodologias sensíveis de detecção com baixo limite de detecção (LOD).
Os métodos tradicionais de detecção de H2O2 5,6, como espectroscopia, cromatografia e quimioluminescência, lançaram as bases para a análise quantitativa, mas sofrem de limitações inerentes que dificultam sua ampla aplicabilidade. Essas técnicas normalmente dependem de instrumentação volumosa e cara e exigem expertise profissional especializada, tornando-as impraticáveis para cenários de detecção no local, portáteis ou no ponto de atendimento. Assim, há uma necessidade urgente de tecnologias alternativas de detecção que combinem alta sensibilidade com miniaturização, baixo custo e facilidade de uso.
Com o avanço das micro-nanotecnologias, os transistores eletroquímicos orgânicos (OECTs) emergiram como uma plataforma promissora para aplicações de biossensação, devido às suas vantagens inerentes, incluindo miniaturização, baixa tensão operacional, excelente capacidade de amplificação de sinal e biocompatibilidade 7,8,9. Sensores baseados em OECT têm sido cada vez mais explorados para a detecção de H2O2, com foco principal na modificação de materiais sensíveis a H2O2 em microeletrodos para aumentar a sensibilidade à detecção. Por exemplo, Cicoira et al.10 construíram um sensor H2O2 baseado em OECT, com uma faixa linear de detecção de 5 μM a 103 μM e um baixo LOD de 5 μM quando Pt era usado como material fonte, dreno e comporta. Guo et al.11 fabricaram um OECT sobre um substrato flexível de poliuretano (tereftalato de etileno)(PET) e um suporte transpoço. O dispositivo utilizava um eletrodo de pasta de carbono serigrafiado modificado com nanotubos de carbono e nanopartículas Pt como eletrodo de porta, e PEDOT: PSS como material do canal, exibindo uma faixa linear de detecção de 0,5-100 μM e um LOD de 0,2 μM para H2O 2. Qi et al.12 relataram um OECT polimérico do tipo doador-aceitador (D-A) do tipo monopolar unipolar orgânico misto condutor iônico-eletrônico (OMIEC), que exibiu um alcance linear de detecção de 0,001-100 μM e um LOD de 1 nM paraH2O 2. O sensor H2O2 mencionado alcançou baixo LOD principalmente dependente do potencial de Nernst gerado pelo eletrodo de porta baseado em Pt que catalisa H2O2, que poderia regular o estado eletroquímico (de) de doping da camada do canal para utilizar a excelente capacidade de amplificação do sinal. Assim, estudos anteriores nessa área estabeleceram uma base teórica e experimental sólida para otimizações futuras.
O objetivo central deste estudo é desenvolverum sensor H 2O2 baseado em OECT, altamente controlável e sensível, aproveitando ainda mais o potencial de Nernst, um mecanismo fundamental subjacente ao desempenho dos sensores eletroquímicos. Para alcançar isso, propomos um mecanismo sinérgico de potencialde Nernst 13, que se baseia em uma reação em cascata envolvendo dois componentes principais: eletrodos de porta baseados em PT que eletrocatalisamH2O2, e uma camada de canal semicondutor empilhado (PEDOT: BTB/PEDOT: PSS) que interage com íons de hidrogênio gerados como subproduto deH2O2 catálise. Esse desenho é fundamentado em pesquisas estabelecidas: o azul de bromotimol (BTB), um conhecido indicador químico para ácidos fracos ebases 14, foi integrado com sucesso ao PEDOT (como PEDOT: BTB) na porta OECT ou camada de canal para detecção de pH em estudos anteriores, validando a viabilidade da reação em cascata central em nossa abordagem.
Comparado a métodos alternativos de detecção de H₂O₂ baseados em OECT, nossa estratégia sinérgica de Potencial Nernst oferece vantagens distintas. Diferentemente dos projetos convencionais que dependem exclusivamente da atividade catalítica dos eletrodos de porta baseados em PT para gerar potencial de Nernst, nossa abordagem aprimora a controlabilidade ao acoplar esse processo catalítico com o comportamento responsivo ao pH da camada de canal empilhado. Essa sinergia não só melhora a sensibilidade do sensor, mas também aprimora sua estabilidade e afinabilidade, abordando limitações importantes dos sensores baseados em OECT já existentes. Além disso, essa técnica está alinhada com a tendência mais ampla da biosensação baseada em OECT, que enfatiza a integração de materiais funcionais e mecanismos inovadores de reação para ultrapassar os limites do desempenho da detecção.
No contexto da literatura mais ampla sobre detecção eletroquímica 15,16,17,18,19,20,21, os OECTs tornaram-se uma pedra angular da biosensação portátil devido à sua capacidade de amplificar sinais eletroquímicos fracos, tornando-os ideais para a detecção de analitos de baixa concentração. Nosso trabalho se baseia nessa base ao refinar o mecanismo orientado pelo potencial de Nernst, oferecendo uma nova perspectiva sobre como otimizar o desempenho do OECT para a detecção de H2O2. Para leitores que consideram a aplicabilidade desse método, nosso design é particularmente adequado para cenários que exigem alta sensibilidade, portabilidade e controlabilidade, como diagnósticos no ponto de atendimento, monitoramento in vitro e análise ambiental ou biológica de amostras no local, onde métodos tradicionais são impraticáveis. Ao esclarecer o arcabouço conceitual e as vantagens da nossa abordagem, esta introdução fornece aos leitores o contexto necessário para avaliar se esse método está alinhado com suas necessidades específicas de aplicação.