Detecção de fentanil por ECL

Sistema simples para a detecção de fentanil usando eletroquimioluminescência

Resumo

A eletroquimioluminescência (ECL) é uma técnica analítica altamente sensível que combina processos eletroquímicos com emissão de luz. Devido à sua versatilidade, sensibilidade e compatibilidade com uma ampla gama de luminóforos, é usada em análise clínica, detecção ambiental e pesquisa bioanalítica.

O fentanil é um opioide sintético usado por suas propriedades analgésicas e anestésicas. É aproximadamente 100 vezes mais potente que a morfina e 50 vezes mais potente que a heroína. Apesar de suas aplicações médicas, o fentanil ilícito é regularmente encontrado no mercado negro, contribuindo para uma preocupação de saúde global crescente.

A maioria dos métodos atuais usados para detectar fentanil consome muito tempo, é cara, ou exige instrumentação complexa. Esta Nota de Aplicação apresenta um método de ECL que oferece uma alternativa rápida, acessível e de baixo custo para a detecção de fentanil.

Instrumentação e software

Figura 1. Instrumento SpectroECL e célula microespectrômetro.

Os experimentos de ECL foram realizados usando o instrumento SpectroECL, com uma célula microespectrômetro (Figura 1) ou com uma célula fotodiodo (ECLPHOTODIODCELL) como detector.

Eletrodos serigrafados de ouro (SPEs, 220AT) foram usados para realizar os experimentos de ECL.

O SpectroECL foi controlado com o software DropView SPELEC, que permite a coleta simultânea do sinal eletroquímico e do sinal de luz emitida. Além disso, o software inclui ferramentas para tratamento e análise de dados. A Tabela 1 lista todo o hardware e software usados neste estudo.

**Tabela 1.** Visão geral dos equipamentos de hardware e software.
Equipamento	Número do artigo
Instrumento	SPECTROECL
Célula	ECLPHOTODIODCELL
SPE de ouro	220AT
Cabo de conexão para SPEs	CAST
Software	DropView SPELEC

SpectroElectrochemiluminescence instrument for Screen-Printed Electrodes

DRP-SPECTROECL

SpectroECL combines in one equipment a biopotentiostat/galvanostat and a microspectrometer integrated in an innovative cell for Screen-Printed Electrodes. This miniaturized and portable alternative is perfect for performing Electrogenerated ChemiLuminescence (ECL) measurements

Photodiode cell for electrochemiluminescence measurements

DRP-ECLPHOTODIODCELL

Cell for screen-printed electrodes to perform electrochemiluminescence measurements. This ABS cell includes a Silicon photodiode with preamp with a spectral response range 340 - 1100 nm and peak sensitivity wavelength of 960nm. This cell should be used in combination with µStat ECL or µStat SpectroECL electrochemiluminiscence instruments.

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Detecção do fármaco fentanil por ECL

Fentanil CII (padrão de referência USP), tris(2,2'-bipiridil)dicloro-rutênio(II) hexahidratado (Rubpy, Sigma-Aldrich), cloreto de sódio (Sigma-Aldrich), cloreto de potássio (Sigma-Aldrich), fosfato de sódio dibásico (Sigma-Aldrich) e fosfato de potássio monobásico (Sigma-Aldrich) foram usados como recebidos. Todos os reagentes eram de grau analítico. As soluções aquosas foram preparadas usando água ultrapura (sistema Direct-Q™ 5, Millipore).

O sistema de ECL consiste em Rubpy como luminóforo e fentanil como co-reagente em tampão aquoso PBS 0,1 mol/L (pH 6). A oxidação eletroquímica do Rubpy inicia uma sequência de reações químicas que produz emissão de luz a 620 nm. Essa emissão depende da concentração de fentanil, permitindo a detecção desse composto.

Emissão característica de ECL do Rubpy observada enquanto o potencial foi varrido de 0,40 V a 1,20 V, para uma solução de 0,0025 mol/L de Rubpy e 0,0001 mol/L de fentanil em PBS 0,1 mol/L (pH 6).

Figura 2. Emissão característica de ECL do Rubpy observada enquanto o potencial foi varrido de 0,40 V a 1,20 V, para uma solução de 0,0025 mol/L de Rubpy e 0,0001 mol/L de fentanil em PBS 0,1 mol/L (pH 6).

A avaliação inicial e a caracterização da emissão de Rubpy na presença desse opioide foram realizadas usando a célula microespectrômetro. Para otimizar o sinal de ECL, o potencial foi varrido de 0,40 V a 1,20 V, usando um SPE de ouro e solução tampão PBS pH 6. O detector microespectrômetro coleta espectros visíveis, fornecendo informações úteis para a compreensão do sistema em estudo. A Figura 2 confirma a emissão de Rubpy a 620 nm devido à presença de fentanil como co-reagente. O experimento em branco, sem fentanil, não mostra nenhuma banda de ECL.

Voltametria de varredura linear (linha azul) e emissão de ECL do Rubpy (linha verde) de uma solução de 0,0025 mol/L de Rubpy e 0,001 mmol/L de fentanil em PBS 0,1 mol/L (pH 6).

Figura 3. Voltametria de varredura linear (linha azul) e emissão de ECL do Rubpy (linha verde) de uma solução de 0,0025 mol/L de Rubpy e 0,001 mmol/L de fentanil em PBS 0,1 mol/L (pH 6).

Uma vez confirmada a emissão do Rubpy, o SpectroECL e a célula fotodiodo foram usados para analisar concentrações mais baixas de fentanil. Foram usadas as mesmas condições eletroquímicas do experimento com a célula microespectrômetro. O sinal obtido com a célula fotodiodo consiste na emissão total de ECL (linha verde, Figura 3), em vez de espectros de emissão ao longo da faixa visível. Simultaneamente, o sinal eletroquímico foi registrado (linha azul, Figura 3). Embora esse detector não diferencie comprimentos de onda, ele oferece alta sensibilidade. A ECL aumenta em potenciais superiores a 0,85 V, atingindo o máximo em torno de 1,00 V.

Figura 4. Curva de calibração da intensidade de ECL a 1,00 V para diferentes concentrações de fentanil e 0,0025 mol/L de Rubpy em PBS 0,1 mol/L (pH 6).

A altura do sinal de ECL a 1,00 V foi medida, e uma curva de calibração de 0,001 mmol/L a 0,01 mmol/L de fentanil foi construída (Figura 4). O alto coeficiente de correlação (R² = 0,998) confirma a boa linearidade e sensibilidade do método de ECL para a detecção de fentanil nessa faixa de concentração.

Conclusão

A ECL é uma técnica poderosa que fornece resultados confiáveis no estudo de uma variedade de luminóforos. A combinação da célula microespectrômetro para os espectros de emissão de ECL com o detector fotodiodo, que melhora a sensibilidade ao medir a intensidade total de ECL, permite uma compreensão clara do sistema analisado e apoia a quantificação do analito alvo.

Como prova de conceito, esta Nota de Aplicação demonstra a detecção de fentanil com base na emissão característica de ECL do Rubpy na presença desse composto. Como o sinal de ECL depende da concentração de fentanil na solução, os resultados obtidos abrem novos caminhos para o desenvolvimento de sensores de ECL para a detecção de opioides.

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