Sviluppo di nanobarre di solfuro di bismuto e dendrimero di poliammidoammina su ossido di grafene ridotto come nanomateriali per elettrodi per la determinazione elettrochimica del salbutamolo

May 05, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8902 (2023) Citare questo articolo

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I dendrimeri, una nuova classe di nanomateriali, stanno ricevendo maggiore attenzione in vari campi. In questo studio, combinando i vantaggi del dendrimero di poliammidoammina (PAMAM) con l'ossido di grafene ridotto (rGO) e il solfuro di bismuto (Bi2S3), siamo arrivati ​​a progettare un nuovo composito e per la prima volta è stata studiata la sua applicazione per sensori elettrochimici. Come nuovo approccio nella preparazione del composito, PAMAM è stato utilizzato per la prima volta per aumentare la superficie di Bi2S3 con rGO, che alla fine ha portato ad un aumento della superficie attiva del sensore (5 volte rispetto all'elettrodo nudo) . Per la prima volta abbiamo utilizzato il metodo sonochimico per l'interazione tra PAMAM con Bi2S3 e rGO, che era un metodo più semplice e veloce per preparare il composito. La progettazione mirata del composito è stata effettuata utilizzando il metodo di progettazione sperimentale per ottenere la composizione ottimale dei componenti. Il nuovo nanocomposito è stato applicato con successo per il rilevamento elettrochimico semplice e sensibile del salbutamolo per il controllo della salute degli alimenti. Il salbutamolo è utilizzato come additivo vietato nei mangimi per animali e pollame. Il sensore ha una buona sensibilità (aumento di 35 volte rispetto all'elettrodo nudo) e un limite di rilevamento basso (1,62 nmol/L). Inoltre, ha una selettività accettabile, una buona ripetibilità (1,52–3,50%), una buona riproducibilità (1,88%) e un'accuratezza soddisfacente (recuperi: 84,6–97,8%). Una caratteristica eccezionale del sensore è il suo ampio intervallo lineare (5,00–6,00 × 102 nmol/L). Questo sensore è particolarmente adatto per la determinazione del salbutamolo in campioni di latte, salsicce e mangimi per bestiame e pollame.

Il salbutamolo (SAL) è un tipo di agonisti β2-adrenergici con un anello aromatico e un gruppo amminico terminale. Il salbutamolo può contribuire ad aumentare la crescita degli animali e l'efficienza alimentare diminuendo il grasso corporeo e aumentando l'accumulo di proteine1. Tuttavia, può accumularsi negli animali e accumularsi facilmente nei tessuti umani dopo il consumo di carne, il che può portare a problemi di salute2,3. Per proteggere la salute pubblica, l’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura (FAO), l’Unione Europea (UE) e la Cina hanno dichiarato che gli agonisti β2-adrenergici, compreso il salbutamolo, devono essere pari a zero nell’assunzione di cibo animale4. Tuttavia, l’abuso illegale di salbutamolo nei mangimi animali non si ferma mai. Di conseguenza, è necessario diffondere un metodo semplice, veloce e sensibile per lo screening del salbutamolo a basse concentrazioni nei campioni di mangimi e alimenti per il controllo della sicurezza alimentare.

Sono stati descritti diversi metodi per la rilevazione del SAL, tra cui la cromatografia liquida ad alte prestazioni5, l'immunocromatografia6, la cromatografia liquida-spettrometria di massa7 e i metodi elettrochimici. I metodi elettroanalitici hanno procedure di pretrattamento semplici, basso costo, elevata sensibilità, tempi di analisi brevi e strumentazione miniaturizzabile. Pertanto, i metodi elettroanalitici hanno guadagnato grande attenzione, soprattutto nelle ispezioni di routine. Per la determinazione del salbutamolo sono stati sviluppati vari metodi elettrochimici basati sulla voltammetria ciclica (CV)8, voltammetria differenziale a impulsi (DPV)9, voltammetria a scansione lineare (LSV)10, spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS)11 e amperometria12. Pertanto, la progettazione e lo sviluppo di un sensore selettivo e sensibile per la determinazione del SAL mediante tecnica elettroanalitica ha suscitato un notevole interesse nelle comunità scientifiche, mediche e sanitarie.

Lo sviluppo di nuovi materiali avanzati con applicazioni versatili rappresenta ancora una sfida per la comunità scientifica. La progettazione dei materiali sviluppati svolge un ruolo importante nel migliorare le prestazioni dei sensori elettrochimici. I dendrimeri sono una nuova classe di nanomateriali costituiti da molecole ramificate ripetutamente globulari con struttura tridimensionale, gruppi funzionali terminali e cavità ben definite che possono fungere da ospiti per altre molecole13. Tra i vari dendrimeri, il dendrimero più utilizzato è la poli(ammidoammina) (PAMAM)14. I dendrimeri della poliammidoammina (PAMAM) sono polimeri a "stella densa" che hanno 11 generazioni diverse con dieci gruppi superficiali funzionali. Con una serie di gruppi ripetitivi, ogni nuova generazione di PAMAM si forma attorno alla generazione precedente. La neonata PAMAM dispone di proprietà eccezionali. Queste proprietà sono un grande diametro, un'ampia superficie e possiedono rami più reattivi. I rami della superficie reattiva consentono ai PAMAM di essere considerati ligandi di affinità e agenti di rilevamento per composti farmaceutici15. Hanno ricevuto grande attenzione nella progettazione e nello sviluppo di sensori elettrochimici, grazie ai loro vantaggi, come peso molecolare stabile, uniformità molecolare, dimensione specifica, forma definita e numerosi rami superficiali16. Tra i candidati comuni per la fabbricazione di sensori elettrochimici basati su dendrimeri ad alte prestazioni c'è la combinazione di dendrimeri con molti materiali conduttivi.