USO DOS POLÍMEROS CONDUTORES COMO SENSORES QUÍMICOS E DISPOSITIVOS DE LIBERAÇÃO CONTROLADA DE DROGAS
Jean Michel Pernaut1(PQ) e John Reynolds2 (PQ)
1.Departamento de Química / Instituto de Ciências Exatas CP702 Universidade Federal de Minas Gerais 31270-901 Belo Horizonte / MG. (e-mail: jmpe@dedalus.lcc.ufmg.br)
2.Department of Chemistry, University of Florida, Gainesville, FL 32611 USA
Palavras chaves: polímeros condutores, sensores, liberação de drogas
Introdução
Recentemente, houve muitos esforços para desenvolver novos sistemas de liberação de drogas nos quais as moléculas bioativas contidas em um reservatório podem ser supridas ao sistema hóspede controlando a taxa e o período de liberação. Os sistemas ideais deveriam ser auto-regulados usando-se em particular mecanismos de detecção química ou biológica, ou ainda poderiam ser acionados externamente.
Os polímeros eletroativos condutores (PEC) foram considerados como sistemas potenciais de liberação de drogas (aniônicas e catiônicas) devido às suas propriedades redox únicas que permitem o controle do transporte iônico através do políméro.1 Os PEC tambem já foram estudados como sensores químicos e biológicos.2
O objetivo deste trabalho foi, usando um modelo polímero / droga simples (Polipirrol (PPi) / Adenosina trifosfato (ATP)) e espécies alcalinas e redutores (Hidrazina (N2H4) e Ditiotreitol (DTT) como análitos e acionadores químicos, estudar as funções de detecção e liberação química e elétrica. Além de procurar-se quantificar a resposta dos dispositivos, este estudo visou melhor compreender os mecanismos redox e ácido-básicos envolvidos nesses processos, baseando-se num parâmetro fundamental dos PEC (carga eletroquímica) e usando-se como métodos experimentais a voltametria cíclica, potenciometria, condutimetria e espectroscopia VIS-UV in situ.
Experimentação e metodologia
Empregamos uma minicélula eletroquímica (V~5mL) com três eletrodos: fio de Pt para o contraeletrodo, Ag/AgCl/KClsat ((ERE=200 mV/NHE) para a referência e disco de Pt (0.02 cm2), ITO (Delta Tech., 0.15 cm2) ou sistema de microeletrodos interdigitados (Abtech Tech., gap 10mm, 0.05 cm2) para o eletrodo de trabalho. O equipamento usado foi um potenciostato/ galvanostato EG&G model 273A. As membranas de PPi/ATP forma preparadas potenciostaticamente (0.5-1.0 V) ou galvanostaticamente (0.1-10 mA cm-2) usando 0.25M pirrol e 20 mM ATP (pH=6,2) e expostas a um determinado eletrólito sem monômero, ajustado a pH=6,2. Os experimentos foram realizados a 20 ±1 oC. A espessura das membranas foi medida ex situ com um perfilômetro 3030 Velco Dektak. A condutividade elétrica intrínseca das membranas, em função do estado eletroquímico do polímero, foi medida usando-se uma técnica com dois potenciostatos.2 A absorbância ótica das membranas (0.1-10 mm) ou das soluções expostas às membranas foi monitorada usando-se respectivamente um espectrofotômetro Cary 5E ou Spectra 440 CCD com fibra ótica.
Resultados e discussões
Estudo da detecção química. Em todos os casos, foi possível obter uma resposta potentiométrica (E), condutimétrica (s) ou ótica (A) proporcional à concentração da espécie interagindo com o polímero. O comportamento foi analizado e discutido em termos das equações de Nernst derivadas dos processos redox e dos equiíbrios ácido-básicos associados ao PPi (pKa1~3 e pKa2~10). Com relação à resposta ótica em função do pH, além das variações de carga, introduzimos tambem nas discussões as alterações de conjugação eletrônica na estrutura do polímero. No caso da N2H4, obtivemos uma reposta potenciométrica e condutimétrica linear com o logarítmo da concentração do análito. As características típicas não otimizadas dos sensores foram: sensibilidade ~10-5 M, faixa dinâmica ~10-4-10-1M e tempo de resposta ~1-10 min.
Estudo da liberação de ATP por acionamento elétrico. Em função do potencial de acionamento (-0.3–0.8V) e da morfologia das membranas (densa a porosa) foi possível modular a taxa de liberação do ATP de 0 até 20 mg cm-2 min-1. A quantidade de droga disponível dependeu das dimensões da membrana reservatória, e preveu-se que para uma membrana de 5cm diâmetro X 50mm de espessura, até 40mg de ATP poderiam ser liberados com taxa controlada, em menos de 7 horas. Propusemos um mecanismo de liberação onde a estrutura do polímero depende do potencial de acionamento (devido a um processo de abertura de poros) e o transporte da droga é puramente difusional. Desenvolvemos um modelo Fickiano para analisar os perfis de liberação e obtivemos excelentes ajustes experimentais que previram um coeficiente de difusão de 5 10-9 cm2 s-1 para o ATP em membranas densas.
Estudo da liberação de ATP por acionamento químico. Conseguimos efetivar a liberação do ATP a partir de membranas de PPi usando solucões 0.1M NaOH e N2H4, e establecemos os perfis de liberação. As quantidades liberadas atingiram até 40% das obtidas por eletroquímica com taxas variando de 0.5 a 5 mg cm-2 min-1.
1.Pyo, M; Reynolds, J.R. Chem. Mater. 1996, 8, 128.
2.Skotheim, T,A.; Elsenbaumer, R.L.; Reynolds, J.R. (Editors) Handbook of Conducting Polymers, 2nd Ed., Marcel Dekker, 1998.