Los esteroides estrogénicos como la estrona (E1), el estradiol (E2), el estriol (E3) y el etinilestradiol (EE2) se encuentran entre los compuestos disruptores endocrinos (EDC) más potentes que tienen efectos graves para la salud de los seres humanos y otros animales en el medio ambiente acuático. ya que son la principal vía de eliminación de los esteroides estrogénicos derivados de los excrementos humanos.
Estudio: Nanopuntos de carbono con fotoluminiscencia solvatocrómica para la determinación electroquímica de esteroides estrogénicos. Crédito: linda_kar/Shutterstock.com
En un artículo publicado en la revista ACS Applied Nano Materials, Se utilizó un tipo especial de nanopuntos de carbono (R-CND) para la detección electroquímica de esteroides estrogénicos en agua natural y del grifo, así como en efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTP) de Suecia. Los R-CND obtenidos a partir de 2-aminofenol por síntesis solvotérmica se utilizaron para modificar membranas selectivas a base de quitosano, que luego se aplicaron a electrodos.
Los R-CND se caracterizaron mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los resultados mostraron que los R-CND tenían una morfología esférica con un tamaño lateral que oscilaba entre 3 y 8 nanómetros y una altura de 1 a 8 nanómetros. A diferencia de otros nanopuntos de carbono (CND), los R-CND eran solubles en disolventes orgánicos.
Los R-CND pequeños, que medían 3 nanómetros de tamaño, eran de naturaleza más hidrófila que sus contrapartes grandes y se separaron de la suspensión a granel (en heptano) utilizando una mezcla de agua y etanol. Mientras que los R-CND grandes mostraron fotoluminiscencia verde en solventes apolares, sus contrapartes más pequeñas mostraron fotoluminiscencia naranja en solventes polares. Este fenómeno de fotoluminiscencia se debió al efecto solvatocrómico.
CND para la detección electroquímica de esteroides estrogénicos
Los EDC abarcan una amplia gama de productos químicos, y los esteroides estrogénicos son un grupo de EDC biológicamente activos. Los esteroides estrogénicos naturales E1, E2, E3 y el EE2 sintético se encuentran comúnmente en las aguas residuales. Los esteroides estrogénicos E1, E2 y E3 se encuentran predominantemente en las hormonas femeninas, mientras que EE2 es un esteroide sintético que se usa como anticonceptivo.
Los seres humanos y los animales excretan esteroides estrogénicos en cantidades variables, que ingresan al medio ambiente a través de las aguas residuales y la eliminación de desechos animales. La presencia de esteroides estrogénicos en el medio acuático se debe a su eliminación incompleta durante el tratamiento de aguas residuales.
Los esteroides estrogénicos en el ambiente acuático pueden causar riesgos, particularmente para la población acuática. Los ejemplos de resultados incluyen la síntesis y secreción de una proteína específica de hembra (vitelogenina) en peces machos, el desarrollo de rasgos intersexuales y la falta de desarrollo de rasgos secundarios que produzcan cambios en la reproducción.
Los nanomateriales son potentes modificadores de electrodos que se utilizan en el análisis electroquímico para mejorar la selectividad y mejorar las señales. Los CND tienen una gran superficie y una excelente conductividad eléctrica. Sin embargo, la alta hidrofilia de los CND conduce a su disolución en medios acuosos, provocando la desorción de partículas de la superficie del electrodo, lo que reduce la sensibilidad de los electrodos.
Para evitar este problema, la solubilidad en agua de los CND se ha reducido mediante la preparación de R-CND a partir de 2-aminofenol con escasa dispersabilidad en agua y alta estabilidad coloidal en disolventes apolares. Además, los R-CND dopados con nitrógeno tienen propiedades de donación de electrones mejoradas que modifican la selectividad de los electrodos.
Determinación electroquímica de esteroides estrogénicos con R-CND
En el presente trabajo, los R-CND se sintetizaron a partir de 2-aminofenol mediante el método de carbonización solvotérmica y se incrustaron en un electrodo de grafito de lápiz para usar como membrana selectiva en la determinación electroquímica de esteroides estrogénicos.
Los espectros de infrarrojos por transformada de Fourier (FT-IR) de los R-CND preparados mostraron un pico ancho a 3200 centímetros inversos, lo que indica la presencia de grupos hidroxilo (OH). Los picos observados entre 2700 y 3020 centímetros están inversamente asignados al estiramiento CH del anillo aromático. Además, los picos a 1570 y 1640 centímetros correspondieron inversamente a las vibraciones de flexión NH y C=O. Además, la fotoluminiscencia solvatocrómica exhibida por R-CND en solventes orgánicos se basó en su tamaño de partícula.
El aminopolisacárido lineal quitosano se utilizó para modificar el electrodo de grafito-lápiz debido a su naturaleza adhesiva y propiedades polielectrolíticas catiónicas débiles. Por lo tanto, los grupos funcionales carboxilo en la superficie de los R-CND interactúan con el quitosano catiónico para formar una película híbrida de quitosano/CND. Esta película híbrida se utilizó para la determinación voltamperométrica de cuatro esteroides estrogénicos abandonados: E1, E2, E3 y EE2.
El sensor fabricado demostró una respuesta selectiva a los esteroides estrogénicos con un límite de detección de 17 nanomoles por litro y un rango de detección de 0,05 a 4,6 micromoles por litro en presencia de compuestos bioactivos que interfieren, como ácido úrico, paracetamol, sulfametoxazol, progesterona, ibuprofeno y trimetoprima. y cafeina
Estos sensores también demostraron valores de reproducibilidad y repetibilidad de 4,3% y 1,8-3,4%, respectivamente, en la determinación de esteroides estrogénicos. El rango de recuperación alcanzado fue de 93 a 100% para muestras de agua de mar y de grifo. Por lo tanto, los sensores producidos eran económicos, estables, altamente selectivos y sensibles a los esteroides estrogénicos.
Conclusión
En general, la formación de R-CND a partir de 2-aminofenol mediante síntesis solvotérmica se confirmó mediante estudios de espectroscopia FTIR, AFM y TEM. Los R-CND fabricados en este trabajo eran fotoluminiscentes y esféricos con diámetros entre 3 y 8 nanómetros incrustados en electrodos de grafito-lápiz modificados con quitosano para determinar la presencia de esteroides estrogénicos en muestras de agua.
Los R-CND fueron más solubles en solventes orgánicos que en agua. Las nanopartículas de 3 nanómetros eran más hidrófilas que sus contrapartes más grandes, con un tamaño de 6 a 8 nanómetros, y podían separarse de la suspensión a granel usando una mezcla de etanol y agua.
Referencia
Mikhraliieva A, Tkachenko O, Freire R, Zaitsev V, Xing Y, Panteleimonov A, Strømme M et al. (2022). Nanodots de carbono con fotoluminiscencia de solvatocromo para la determinación electroquímica de esteroides estrogénicos. Nanomateriales aplicados ACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c02219
