Resumen Se desarrolló un novedoso método electroquímico para la detección rápida y analítica de Staphylococcus aureus en cultivos y muestras de leche enriquecidas con peróxido de hidrógeno (H2O2) mediante el consumo de péroxido por electrodos serigrafiados de oro (ESO) modificados con cisteína y peroxidasa de pasto Guinea (PPG). La peroxidasa de las hojas del pasto Guinea, con una actividad específica de 470 U mg-1, se inmovilizó sobre la superficie de los ESO previamente modificada con cisteína. Los voltamperogramas cíclicos de los ESO modificados con PPG y cisteína en presencia de ferrocianuro de potasio como sonda redox exhibieron un incremento en la corriente de aproximadamente 5 % comparado con el electrodo sin modificar. El ESO modificado mostró una buena respuesta electrocatalítica en la reducción de H2O2. El medio de cultivo en presencia de 1x10-3 M de H2O2 registró una disminución en la corriente por la catalasa presente en S. aureus a un potencial de -780 mV. El ESO modificado pudo detectar S. aureus en un rango de concentraciones entre 3x102 and 3x108 UFC mL-1 con un límite de detección de 102 ufc mL-1, un tiempo de detección de ~20 min y una sensibilidad de 0,020 mA UFC-1.

Abstract We present a novel electrochemical method for a rapid analytical detection of Staphylococcus aureus in culture and spiked milk samples through hydrogen peroxide (H2O2) consumption on a screen-printed gold electrode (SPGE) modified with cysteine and peroxidase from Guinea grass leaves (GGP). This peroxidase (POD) had a specific activity of 470 U mg-1 and it was immobilized on an SPGE surface previously modified with cysteine. Cyclic voltammograms of gold electrodes modified with peroxidase and cysteine in the presence of potassium ferrocyanide as a redox probe demonstrated an increase of approximately 5% in the current compared to the bare gold electrode. The SPGE modified electrode exhibited a good electrocatalytic response towards H2O2 reduction. We added a constant H2O2 concentration of 1x10-3 M to the culture medium and measured the decrease in the H2O2 current at -780 mV consumed by catalase from S. aureus. Our modified electrode proved to sense S. aureus in a range concentration between 3x102 and 3x108 CFU/mL-1 with a detection limit of 102 CFU/mL-1, detection time of about ~20 min, and a sensitivity of 0.020 mA CFU-1.

Resumen La preparación de compuestos híbridos de biomoléculas y estructuras de tamaño nanométrico es de especial interés para el desarrollo de aplicaciones en el campo de los biosensores y la entrega de fármacos, entre otros. En este estudio se llevó a cabo la preparación de un conjugado formado por grafeno y ácido fólico cuya caracterización se hizo mediante espectroscopia Raman y el método computacional de la teoría del funcional de la densidad (DFT). El conjugado no covalente se obtuvo mediante un método rápido y sencillo de tipo “one pot”. La espectroscopia Raman permitió evidenciar la funcionalización del grafeno con el ácido fólico mediante el análisis de las relaciones en la intensidad de las señales Raman correspondiente a las bandas G y D. El método DFT mostró que la unión de grafeno y ácido fólico ocurre por la acción de fuerzas de enlace de tipo no covalente, como las interacciones de tipo π-π, y de puentes de hidrógeno. La obtención de este tipo de conjugados permitiría explorar su aplicación en el diseño de biosensores que detecten células cancerígenas con sobreexpresión de receptores de folato, con el fin de facilitar un diagnóstico eficaz y oportuno del cáncer.

Abstract Hybrid compounds formed by biomolecules and nanometric structures are attracting interest for the development of applications in the fields of biosensors and drug delivery. In this study we prepared a grapheme-folic acid conjugate which we characterized by Raman spectroscopy and the density functional theory (DFT) computational method. The non-covalent conjugate was performed through a simple and fast one-pot method. The analysis of ratio intensity of D and G bands in the Raman spectroscopy evidenced graphene functionalization. The DFT method showed that the bond between graphene and folic acid occurs by non-covalent π-π and hydrogen bond interactions. Graphene and folic acid conjugates will allow the design of biosensors for the detection of cancer cells overexpressing folate receptors using analytic devices for a faster, more effective and timely diagnosis of cancer.

Resumen Este artículo presenta el estudio de la desactivación de florescencia del ácido 1-hidroxipyreno-3,6,8-trisulfónico (HPTS) en presencia de nanotubos de carbono de pared única (SWCNT). Para investigar el mecanismo de desactivación (dinámico o estático) del HPTS se evaluaron nanotubos de carbono de pared única a diferentes temperaturas y se analizaron por medio de gráficas Stern-Volmer. La desviación positiva de la linealidad en las gráficas Stern-Volmer sugiere que los nanotubos de carbono de pared única actúan por medio de un mecanismo de desactivación estático, que se evidencia también por la formación de un complejo estable en estado fundamental. Los resultados presentados aquí nos ayudan a aclarar el mecanismo de desactivación de fluorescencia cuando tiene lugar la interacción entre un colorante derivado del pireno y nanotubos de carbono. Este estudio abre nuevas posibilidades para el uso de conjugados formados por SWCNT y HPTS en la fabricación de un biosensor basado en sondas fluorescentes intracelulares.

Abstract This paper presents a study of the fluorescence quenching of 1-hydroxypyrene-3,6,8-trisulfonic acid (HPTS) in the presence of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) using a fluorescence method. To investigate the quenching mechanism (dynamic or static) of HPTS, Stern-Volmer plots of single walled carbon nanotubes at different temperatures were used. The positive deviation from linearity in Stern-Volmer plots suggests that single walled carbon nanotubes follow a static quenching mechanism evidenced by the formation of a stable ground state complex. The results presented here help us to clarify the quenching mechanism in the interaction of a pyrene derived dye and carbon nanotubes. This study will open new possibilities in the use of the conjugate formed by SWCNTs and HPTS in the fabrication of a biosensor based on intracellular fluorescent probes.

Resumo Este artigo apresentao estudo da diminuicao da fluorescência do ácido 1-hidroxipireno-3,6,8-trisulfônico (HPTS) em presença de nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT). Para investigar o mecanismo da desativação (dinâmico ou estático) do HPTS se avaliaram nanotubos de parede simples em diferentes temperaturas e se analisaram por meio de gráficos Stern-Volmer. O desvio positivo de linearidade nos gráficos Stern-Volmer sugere que os nanotubos de carbono de parede simples atuam por meio de um mecanismo de desativação estática, que também se evidencia pela formação de um complexo estável fundamental. Os resultados apresentados aqui nos ajudam a aclarar o mecanismo de desativação de fluorescência quando ocorre a interação entre um corante derivado do pireno e nanotubos de carbono. Este estudo abre novas possibilidades para o uso de conjugados formados por SWCNT e HPTS na fabricação de um biosensor baseado em sondas fluorescentes intracelulares.

Abstract: This paper present the fabrication and electrochemical studies of a screen-printed graphene electrode (SPGE) modified with Royal palm tree peroxidase (RPTP) in combination with chitosan (CS) and cross-linking of glutaraldehyde (GA) for detection of hydrogen peroxide. Cyclic voltammograms in the presence of potassium ferrocyanide ([Fe(CN)6]3-/4-) as a redox species demonstrated an increasing of 50 μA evidenced by the electron transfer process of SPGE modified with CS-GA-RPTP. The graphene modified electrode exhibits excellent electrocatalytic activity to the reduction of H2O2, with a linear response in the 100 μM to 5 μM concentration range and a detection limit of 87 μM. The new sensor based on the modification of graphene electrode with the high stable RPTP will provide a potential amperometric detection system for determination of H2O2 in real samples with some biomedical or environmental importance.

Resumen: Este trabajo presenta la fabricación y estudio electroquímico de un electrodo serigrafiado de grafeno modificado con peroxidasa de palma Real (Roystonea regia) y quitosano mediante el uso de glutaraldehído como agente entrecruzante, para la detección de peróxido de hidrógeno. Los voltamperogramas cíclicos, utilizando como electrolito soluciones de ferrocianuro de potasio [Fe(CN)6]3-/4-, mostraron un aumento de aproximadamente 50mA en el valor de la corriente que es evidenciado por los procesos de transferencia electrónica entre el electrodo y la enzima. El electrodo de grafeno modificado exhibió una excelente respuesta electrocatalítica hacia la reducción del H2O2, con un rango lineal en un intervalo de 100 μM a 5 μM y un nivel mínimo de detección de 87 μM. El nuevo sensor basado en la modificación de electrodos serigrafiados de grafeno con la enzima altamente estable peroxidasa de palma real podría suministrar un potencial sistema de detección amperométrico para la determinación de H2O2 en muestras reales con interés biomédico o ambiental.

The orientation of pterin-6-carboxylic acid on gold nanopillars was investigated by surface enhanced Raman spectroscopy and density functional theory methods. The experimentally vibrations from pterin-6-COOH free and attached to the Au surface display vibration features indicating chemical interaction of the pterin with the metal surface. The spectral feature evidenced that the pterin would adsorb on gold surface with a "lying down" configuration through the high intensity vibration of NH scissoring and rocking OH modes. The orientation study of pterins on gold nanopillars presented herein is believed to lead to new applications in biosensing field for detecting pterins of physiological importance.