Neste trabalho, foram fabricados biossensores amperométricos a partir do uso da polifenol oxidase (PFO), obtida do abacate como fonte enzimática, imobilizada em filmes de polipirrol (PPI) e que foram eletrossintetizados em meio de três diferentes eletrólitos de suporte (NaCl e NaClO4 e NaDDS). O método de imobilização enzimática foi o da adsorção, sendo a solução de enzima adicionada à solução com o pirrol e o eletrólito durante o processo de eletropolimerização. Os filmes de PPI/PFO foram caracterizados por técnicas eletroquímicas, principalmente por voltametria cíclica. A detecção de compostos fenólicos (catecol e pirogalol) foi realizada pela técnica de cronoamperometria após se variar a concentração do analito. A morfologia dos filmes foi estudada por microscopia de força atômica (AFM), sendo observado que a presença da enzima no filme polimérico assim como o uso de diferentes eletrólitos de suporte levou a diferenças na superfície dos filmes. Além disto, verificou-se que o biossensor construído a partir do uso do NaCl, apresentava uma resposta mais eficiente, ou seja, ele foi capaz de detectar catecol e pirogalol em um menor limite de detecção. / In this study amperometric biosensors were manufactured from the use of polyphenol oxidase (PPO) obtained from avocado as a source of enzyme immobilized in polypyrrole (PPY) films that were electrosynthesized with three different support electrolytes (NaCl, NaClO4 and NaDDS). The method of enzyme immobilization was the adsorption. The PPO was added in the solution containing pyrrole and electrolyte during electropolymerization. The PPY/PPO films were characterized by electrochemical techniques mainly by cyclic voltammetry. Detection of phenolic compounds (catechol and pyrogallol) was performed by the technique of chronoamperometry after varying the concentration of the analyte. The morphology of the films was studied by the atomic force microscopy (AFM) and observed that the presence of the enzyme in the polymer film and the use of different electrolytes support led to differences in the surface of films. However it was found that the biosensor constructed from the use of NaCl showed more efficient response and it was able to detect catechol and pyrogallol in a lower limit of detection.

Este trabalho tem como principal objetivo comparar as respostas de biossensores amperomé-tricos preparados a partir do uso de uma enzima, a tirosinase (polifenoloxidase, PFO), quando nas formas purificada e adquirida comercialmente e de extrato bruto enzimático do fruto do abacate (Persea Americana). As soluções de PFO apresentaram valores de atividades enzimá-ticas de 479 unidades de enzimas ativas por mililitro (UA mL-1) (purificada) e 259 UA mL-1 (extrato bruto). A enzima nas duas formas (pura e como extrato bruto) foi imobilizada quimi-camente em substratos de Au modificados com monocamadas automontadas (self-assembly monolayers, SAMs) de ácido mercaptopropiônico (MPA) pela técnica de impressão por mi-crocontato (CP). Os biossensores foram preparados sobre substratos de Au modificados por CP com um molde elastomérico de polidimetilsiloxano (PDMS), cujas trilhas paralelas de 100 m foram produzidas pela cura polimérica sobre um molde mestre de GaAs. A réplica de PDMS se mostrou fiel em relação ao molde mestre nos picos e vales, mas apresentou defeitos na borda dos moldes. Com o objetivo de otimizar o funcionamento dos biossensores, eles fo-ram caracterizados pelas técnicas de voltametria cíclica e cronoamperometria com um sistema de análise de injeção em fluxo (FIA) em meio de catecol a diferentes concentrações. Os po-tenciais de oxidação do catecol nos eletrodos de Au modificados foram observados em 418 e 365 mV, em pHs ótimos de funcionamento de 7,0 e 7,2, e com limites de detecção de 6,65 nmol L-1 e 4,65 nmol L-1 para os biossensores com a enzima purificada e com o extrato bruto, respectivamente. A saturação dos sensores teve início a uma concentração de catecol de 0,02 mol L-1. Com estes resultados, mostramos que é possível o preparo de biosensores com um baixo custo, eficientes e miniaturizadas a partir do uso da PFO na forma extrato bruto do fruto do abacate para a detecção de compostos fenólicos, tal como catecol, abrindo assim a possibi-lidade de uso destes biossensores na análise e no monitoramento de pesticidas presentes no solo e na água. / The main objective of this master thesis is to compare the performance of amperometric biosensors prepared using the purified tirosinase (PPO) enzyme, (commercially acquired) and the PPO present in the enzymatic crude extract from the avocado fruit (Persea Americana). The PPO solutions had 479 units of active enzyme per milliliter (UA mL-1) (purified) and 259 UA mL-1 (crude extract). Both forms of the enzyme (purified and crude extract) were chemically immobilized on gold substrates patterned with 3-mercaptopropionic acid (MPA) self assembled monolayers (SAMs), using the microcontact printing (CP) technique. The biosensors were prepared on gold subtracts patterned using CP with a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomeric mold, that was shaped in the form as tracks using a gallium arsenate master mold. The PDMS mold was quite similar to the master mold in its peaks and valleys, but defects were found on the edges. In order to optimize the parameters of the biosensors , they were characterized using cyclic voltammetry and chronoamperometry techniques in a FIA system by cathecol injections at different concentrations. The oxidation potentials for the cathecol analysis using the patterned biosensors were observed at 418 and 365 mV, the optimum pH were 7,0 and 7,0, with detection limits of 6,65 nmol L-1 and 4,65 nmol L-1 for the purified enzyme and crude extract biosensors, respectively. The biosensors saturation point started at 0,02 mol L-1 of cathecol concentration. With this results, we demonstrate that it is possible to use miniaturized, efficient, low cost biosensors based on tyrosine from the avocado´s fruit crude extract to detect phenolic compounds, as the cathecol. This expands the possibility of using this biosensors in the analysis and monitoring pesticides in water and soil.

Neste trabalho, reportamos a síntese sonoquímica e a caracterização de nanopartículas de hexacianoferrato de cobre para a fabricação de filmes ultrafinos com expessura controlada. Aproveitando-se da sua esturutra nanométrica e do excesso de carga superficial negativa, os métodos de imobilização propostos foram a deposição eletrostática camada por camada (LBL), utilizando-se o PAH como polieletrólito positivo (hidrocloreto de polialilamina); e a deposição eletroforética que utiliza um campo elétrico para que partículas carregadas em suspensão sejam atraídas para a superfície do eletrodo. Os eletrodos modificados pelas nanopartículas de hexacianoferrato de cobre foram estudados com respeito às suas propriedades eletrocatalíticas e eletrocrômicas. O hexacianoferrato de cobre (HexFeCu) possui algumas características interessantes como a oxidação eletrocatalítica do peróxido de hidrogênio a baixos potenciais e com a vantagem de ser eletroativo em meios contendo Na+. A utilização desse composto estruturado nanometricamente proporciona ainda uma grande área superficial podendo acentuar suas características eletrocatalíticas. Além da aplicação em biossensores amperométricos, também foi possível a sua utilização em dispositivos eletrocrômicos, ao se perceber que o material mudava de cor ao ser reduzido ou oxidado, demonstrando alta reversibilidade, durabilidade eletrocrômica além de uma boa aderência das camadas de nanopartículas eletrostaticamente depositadas ao substrato de ITO. / In this work, the sonochemical synthesis and the characterization of copper hexacyanoferrate nanoparticles for producing ultra thin films with controlled thickness is reported. Due to its nanometric structure and the excess of superficial negative charges, the proposed immobilization methods were the electrostatic deposition layer by layer (LBL), using the PAH as a positive polyelectrolyte Poly(allylamine hydrochloride) and the electrophoretic deposition which uses an electric field in order to attract the charged particles to the electrode surface. The study of the electrodes modified by the copper hexacyanoferrate nanoparticles was focused in its electrocathalytic and electrochromic properties. Copper hexacianoferrate (HexFeCu) presents some interesting properties like the electrocatalytic reduction of hydrogen peroxide at low potential conditions with the advantage of being electroactive in media containing Na+. The utilization of this nanometrically-structured compound provides a very large surface area, enhancing its catalytic properties. Besides its use in amperometric biosensors, it was also possible its use in electrochromic devices because color changes observed during redox cycles, demonstrating high reversibility, electrochromic durability and due to high adherence of nanoparticles to the ITO electrode.

Um Luminescent Solar Concentrators (LSC) é basicamente uma base plástica transparente ou vidro contendo centros luminescentes.Enquanto o recente avanço dos conversores de comprimento de onda tenha aberto novas possibilidades para o desenvolvimento de células solares mais eficientes, estes também abriram novas frentes de pesquisa.Uma destas frentes envolve os problemas encontrados com o uso de novos materiais. Como por exemplo, transferência de energia em polímeros. Surgem propriedades interessantes a respeito dos processos luminescentes ao longo destes sistemas planares.Por estes motivos esses sistemas podem ser aplicados como dispositivos optoeletrônicos, sensores e também em conversores de comprimento de onda. Este estudo descreve a fabricação de guias de onda planares multipoliméricos baseados em uma matrix acrílica (PMMA) dopada com polímeros emissores de luz. A função desta blenda polimérica é absorver um largo espectro de luz e re-emitir ao longo do guia de onda. Os dispositivos foram estudados em termos de suas características de absorção, emissão e excitação.Os polímeros emissores utilizados neste trabalho foram: MEH-PPV, Super Yellow, ADS-108GE, ADS-329BE, e LAPS-16. Estes materiais foram dissolvidos em tolueno e depositados pela técnica casting sobre substratos de vidro contendo filmes metálicos de alumínio.Usando esta configuração, a luz de excitação incidente é acoplada ao guia de onda por absorção e re-emissão através dos polímeros luminescentes. O estudo dos LSCs é realizado por medidas das emissões laterais e normais dos guias. Estes guias apresentam um espectro de emissão com características típicas de uma cavidade do tipo Fabri-Perot, com linhas extremamente estreitas (3 nm) e altamente polarizadas na direção paralela (modo TE) e perpendicular (TM) ao plano do guia de onda.A emissão destes guias é fortemente dependente de sua geometria e do índice de refração efetivo. Os mesmos filmes poliméricos, porém mais espessos (30 m), foram utilizados como conversores de comprimento de onda visando aplicação em conversores solares luminescentes (Luminescence Solar Converters, ou LSCs). O uso de baixas concentrações das moléculas utilizadas foi necessário para evitar possíveis formações de agregados quando altas concentrações de PMMA são utilizadas na preparação dos filmes. A metalização de uma das faces planares possibilitou o aumento da eficiência de conversão dos comprimentos de onda nos LSCs. A luminescência total dos polímeros é completamente convertida em luz de alto comprimento de onda na emissão lateral.Este processo não depende do comprimento de onda de excitação. A metalização de uma das faces planares possibilitou o aumento da eficiência de conversão dos LSCs. Neste sistema, a luz absorvida é convertida em luz de alto comprimento de onda e alta pureza espectral através de processos de reabsorção, relaxação interna e re-emissão que ocorrem ao longo do plano do LSC. A eficiência de conversão e as perdas em função da concentração polimérica na matriz foram estudadas para os LSCs.O escape dos fótons nas interfaces para ângulos menores que o ângulo crítico (c=arcsen(1/n)) e processos de transferência de energia em LSCs com alta concentração polimérica devem ser otimizados para sua aplicação como dispositivos. / Luminescent Solar Concentrators (LSC) are basically composed of a transparent plastic or glass substrate containing luminescent centers.While the recent advance in wavelength converters has opened up many new possibilities for development of more efficient photovoltaic cells, they have also raised new issues. A number of these issues involve problems of dealing with new materials and the understanding of physical process like energy transfer in polymers. Interesting features arise from the luminescent process along these planar systems. Therefore this system can be applied as optoelectronics devices, sensors and also in wavelength converters. This study describes the fabrication of planar multi-polymeric optical waveguides based on acrylic matrix (PMMA) doped with a light emitting polymers. The function of thispolymeric blendis to absorb a broad spectrum of light and re-emit it along the waveguide. The devices were studied in terms of its absorption, emission and excitation characteristics.The emitting polymers used in this research are: poly[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV), Super Yellow, Poly[(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenylene)-alt-co-{2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene}] called ADS108GE, Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) called ADS239BE, and poli-(9,9-n-dihexil-2,7-fluorenodilvinilene-alt-1,4-fenilenovinileno) or Laps16. Films of these materials dissolved in toluene were deposited by casting the polymethacrylate solution on top of a glass substrate containing a reflective aluminum layer. Using this configuration, the incident excitation light is coupled to the wave guide by its absorption and then re-emitted by the luminescent polymers. The LSCs characterization was carried out by measuring the lateral and the normal emissions of the guide. These waveguides show a light emission spectrum with characteristics similar to the Fabri-Perot cavity, where very narrow peaks (3 nm) and highly polarized emission in both TE and TM modes were observed. In addition, the emission is strongly dependent on its geometry and the effective refraction index. In other hand, thicker polymeric guides (30 m) were used as luminescence solar converters (LSCs). The optimal concentration of conjugated polymers solutions has to be very low in order to avoid the formation of aggregates since high PMMA concentrations have to be used in the LSC preparation.The total polymeric luminescence is fully converted to light of high wavelength for the case of lateral emission. This process does not depend on the excitation wavelength. The conversion efficiency was increased by evaporating metals on one planar face of the LSC. In this structure, light is absorbed and then converted to a higher wavelength with high spectral pureness through re-absorption, relaxation and re-emission processes occurring along the LSC plane. The conversion efficiency and the losses along the converter were studied as a function of the polymeric concentration, in order to optimize these structures. A better understanding of the process of energy transfer and photon leakage through the interfaces for angles smaller than the critical angle (c=arcsen(1/n)) is necessary for using LSCs as applied devices.

De nos jours, efficacité et précision des diagnostics médicaux sont des éléments essentiels pour la prévention en termes de santé et permettre une prise en charge rapide des maladies des patients. Les récentes innovations technologiques, particulièrement dans les domaines de la microélectronique et des sciences des matériaux ont permis le développement de nouvelles plateformes personnalisées de diagnostics portatifs. Les matériaux électroniques organiques qui ont déjà par le passé démontré leur potentiel en étant intégrés dans des produits de grande consommation tels que les écrans de smartphones ou encore les cellules solaires montrent un fort potentiel pour une intégration dans des dispositifs biomédicaux. En effet, de par leurs natures et leurs propriétés physiques et chimiques, ils peuvent être à la fois en contact avec les milieux biologiques et constituer l’interface entre les éléments biologiques à l’étude, et les dispositifs électroniques. L’objectif de mes travaux de thèse et d’étudier et évaluer les performances des matériaux organiques électroniques intégrés dans des dispositifs biomédicaux en étudiant leurs interactions avec des milieux biologiques et par l’utilisation et l’optimisation de ces dispositifs permettre la détection de métabolites tel que le glucose ou lactate par exemple. Pendant ma thèse, j’ai notamment créé une plateforme de diagnostics combinant à la fois microfluidique et électronique organique permettant la multi détection de métabolites présents dans des fluides corporels humains, j’ai également conçu des capteurs intégrant des transistors organiques au sein des circuits électroniques classiques afin de détecter la présence des cellules tumorales. D’autres applications biologiques ont également été envisagées telles que la détection d’acides nucléiques par l’utilisation d’une approche simple de biofonctionnalisation. Bien que l’objectif ma thèse était de de créer des capteurs biomédicaux en utilisant une approche in vitro, il pourrait être également possible d’intégrer ces dispositifs « in vivo » ou encore dans des e-textiles. / Rapid and early diagnosis of disease plays a major role in preventative healthcare. Undoubtedly, technological evolutions, particularly in microelectronics and materials science, have made the hitherto utopian scenario of portable, point-of-care personalized diagnostics a reality. Organic electronic materials, having already demonstrated a significant technological maturity with the development of high tech products such as displays for smartphones or portable solar cells, have emerged as especially promising candidates for biomedical applications. Their soft and fuzzy nature allows for an almost seamless interface with the biological milieu rendering these materials ideally capable of bridging the gap between electronics and biology. The aim of this thesis is to explore and validate the capabilities of organic electronic materials and devices in real-world biological sensing applications focusing on metabolite sensing, by combining both the right materials and device engineering. We show proof-of-concept studies including microfluidic integrated organic electronic platforms for multiple metabolite detection in bodily fluids, as well as more complex organic transistor circuits for detection in tumor cell cultures. We finally show the versatility of organic electronic materials and devices by demonstrating other sensing strategies such as nucleic acid detection using a simple biofunctionalization approach. Although the focus is on in vitro metabolite monitoring, the findings generated throughout this work can be extended to a variety of other sensing strategies as well as to applications including on body (wearable) or even in vivo sensing.

Poly(ethylene oxide)-poly(styrene)-poly(ethylene oxide) triblock copolymer with di-hydroxyl terminated groups (HO-PEO-PS-PEO-OH) was conjugated with nitrilotriacetic acid (NTA) via esterification reaction using N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 4-Dimethylaminopyridine (DMAP) and Dimethylformamide (DMF) as a solvent at 80 ○C. The poly(ethylene oxide)-poly(styrene)-poly(ethylene oxide) with NTA end groups (NTA-PEO-PS-PEO-NTA) was characterized and structure confirmed by 1H NMR, 13C NMR, and FT-IR spectroscopies. Thermogravimetric analysis (TGA) was carried out to investigate the thermal stability of the starting triblock copolymer poly(ethylene oxide)-poly(styrene)-poly(ethylene oxide) with di-hydroxyl terminated groups (HO-PEO-PS-PEO-OH) and the conjugated poly(ethylene oxide)-poly(styrene)-poly(ethylene oxide) functional polymer (NTA-PEO-PS-PEO-NTA). Surface morphologies of the (HO-PEO-PS-PEO-OH) and (NTA-PEO-PS-PEO-NTA) were studied by atomic force microscopy. In addition, the size distributions were determined using dynamic light scattering. The thermal behavior of the (HO-PEO-PS-PEO-OH) and (NTA-PEO-PS-PEO-NTA) were examined by differential scanning calorimetry (DSC). DSC thermograms indicate the formation of a two phase polymer matrix. The poly(ethylene oxide)-poly(styrene)-poly(ethylene oxide) with NTA functionalized end groups (NTA-PEO-PS-PEO-NTA) was bound or chelated with Ni(II) metal ion. The binding studies were carried out by ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy. The electronic behaviors of PEO-b-PS-b-PEO/ PS/ NTA-PEO-b-PS-b-PEO-NTA with ratio (1/5/1) and PEO-b-PS-b-PEO/ PS/ NTA-PEO-b-PS-b-PEO-NTA-Ni containing 1% of oxidized single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were investigated by I–V plots from Kelvin sensing. The I–V plots before sensitizing with protein varied from the I–V plots after binding with protein indicating that the composites may be used as active components in biosensors.

Orientador: Maria del Pilar Taboada Sotomayor / Banca: Márcia Cristina Vilchenski / Banca: Maria Isabel Pividori Gurgo / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento e aplicação de um sensor biomimético descartável com transdução amperométrica, sensível a hidroquinona (HQ). Para isto, eletrodos impressos de grafite - SPE (FS-1, Florence sensors®) foram modificados com um catalisador biomimético do sítio ativo da tirosinase, uma cupro-enzima. O complexo de cobre usado foi o cloreto de tris-2,2'-bipiridil cobre II, [Cu(dipy)3]Cl2. Para efeitos de comparação também foram preparados sensores empregando eletrodos de carbono vítreo convencionais (GC). Os sensores foram preparados modificando os eletrodos SPE e GC com membrana de Nafion® dopada com o complexo de cobre. Para tal, foram misturados em aparelho de ultrassom, 100 μL de uma solução de complexo 5 mg mL-1, preparada em dimetilformamida (DMF) com 50 μL de solução de Nafion® a 5 % (v/v). A seguir, 100 μL da mistura foram colocados na superfície do GC e 10 μL sobre o SPE. A resposta do sensor à base de SPE (sensor- SPE) foi otimizada usando amperometria. Obtendo-se as melhores respostas em tampão Pipes 0,01 mol L-1 contendo 60 μmol L-1 de H2O2 e aplicando potencial de -300 mV vs Ag/AgCl. Sob estas condições o sensor-SPE mostrou uma faixa de resposta entre 6,0 x 10-5 e 5,6 x 10-4 mol L-1, sensibilidade de 5593,6 μA L mol-1, limite de detecção e quantificação de 5,4 x 10-6 e 1,80 x 10-5 mol L-1, respectivamente. Tratando-se de um sensor biomimético seu comportamento hiperbólico foi confirmado, e a constante aparente de Michaellis-Menten foi calculada através do gráfico de duplo recíproco obtendose um valor de 5,6 x 10-5 mol L-1, indicando uma alta afinidade do complexo pela HQ. Estudos voltamétricos também foram realizados visando à caracterização eletroquímica do sistema proposto. A seletividade do sensor foi estudada em vários compostos fenólicos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This paper describes the development and application of a biomimetic sensor disposable with amperometric transduction, sensitive to hydroquinone (HQ). For this, printed graphite electrodes - SPE (FS-1, Florence sensors®) were modified with a biomimetic catalyst of the active site of tyrosinase, a cupro-enzyme. The copper complex used was the tris-2,2'-bipyridil cooper (II) chloride, [Cu(dipy)3]Cl2. For comparison were also prepared sensors employing conventional glassy carbon electrodes (GCE). The sensors were prepared by modifying the SPE and GCE electrodes with Nafion® membrane doped with the copper complex. For this, were mixed in an ultrasonic apparatus, 100 μL of 5 mg mL-1 complex solution, prepared in dimethylformamide (DMF), with 50 μL of Nafion® 5% (v/v) solution. Then 100 μL of this mixture were placed on the surface of GCE and 10 μL on the SPE. The response of the SPE-based sensor (sensor-SPE) was optimized using amperometry. Obtaining the best responses in 0.01 mol L-1 Pipes buffer containing 60 μmol L-1 H2O2 and applying potential of -300 mV vs Ag/AgCl. Under these conditions the SPE-sensor showed a response range between 6.0 x 10-5 and 5.6 x 10-4 mol L-1, sensitivity of 5593.6 μA L mol-1, limit of detection and quantification of 5.4 x 10-6 and 1.80 x 10-5 mol L-1, respectively. In this case, the hyperbolic behavior of the sensor response was confirmed, and the Michaelis-Menten apparent constant was calculated by the Lineweaver-Burk graph, obtained a value of 5.6 x 10-5 mol L-1, indicating a high affinity of the complex for the HQ. Voltammetric studies were also conducted to the electrochemical characterization of the proposed system. The selectivity of the sensor was studied in some phenolic compounds and the reproducibility in the sensors construction was evaluated as the relative standard deviation... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Nesta dissertação, foram estudados os métodos de síntese de filmes poliméricos como matrizes hospedeiras da enzima tirosinase vislumbrando o desenvolvimento de biossensores mais seletivos e duradouros na detecção de compostos fenólicos. Os polímeros utilizados e preparados por cronoamperometria em acetonitrila foram: polipirrol (PPI), polimetiltiofeno (PMET) e copolímero PPI-PMET. Os filmes PPI-PMET apresentaram características intermediárias às dos filmes PPI e PMET, conforme se verificaram em espectros na região do infravermelho (FTIR), voltametria cíclica e microscopia de força atômica (AFM), evidenciando, assim, a formação de uma nova matriz polimérica. O processo de superoxidação do filme PPI-PMET foi estudado visando a uma imobilização mais eficiente da enzima, quando se obteve uma condição na qual a superoxidação ocorre somente nas cadeias de PPI. Biossensores amperométricos foram preparados a partir do uso da tirosinase extraída do abacate como fonte enzimática por imobilização física e realizada de maneiras diferentes em filmes não superoxidados e superoxidados. Foi feita a otimização das respostas dos filmes variando-se o pH, potencial de trabalho, concentração da enzima e tempo de imobilização da enzima para a detecção de catecol. Os resultados indicaram que a superoxidação do PPI nos filmes PPI-PMET favoreceu a imobilização da enzima, embora não fosse tão eficiente quando se comparou aos filmes com o PPI não superoxidado. Contudo, os biossensores, em geral, apresentaram grande sensibilidade ao catecol, com um limite de detecção baixo, da ordem de 0,12 µmol/L. / The synthesis methods of polymer films as host matrices of the enzyme tyrosinase were studied in this dissertation. It was expected the development of selective and everlasting biosensors for the detection of phenolic compounds. The used polymers were prepared by chronoamperometry in acetonitrile as followed: polypyrrole (PPI), polymethylthiophene (PMET) and copolymer PPI-PMET. The PPI-PMET films showed intermediate characteristics as the PPI and PMET films, as observed in the infrared spectra (FTIR), cyclic voltammetry and atomic force microscopy (AFM), thus indicating the formation of a new polymeric matrix . The process of overoxidized of PPI-PMET film was studied in order to achieve a more efficient immobilization of the enzyme, whilst it was achieved a condition in which overoxidized occurs only in the PPI chain. Amperometric biosensors were prepared from the use of tyrosinase extracted from avocado as an enzyme source by physical immobilization and performed in different ways in both overoxidized and non-overoxidized films. It was performed the optimization of the responses of the films by varying pH, operacuonial potential, enzyme concentration and time in the enzyme immobilization for the detection of catechol. The results showed that the overoxidized PPI in the films PPI-PMET favored the immobilization of the enzyme, although not as efficient when compared to the films with nom overoxidized PPI. Neverthless, the catechol biosensors showed a high sensitivity with a low detection limit in the order of 0.12 µmol/L.

Aplicações de nanomateriais em biossensores têm recebido muito interesse nos últimos anos. Entre os vários tipos de biossensores estudados, sensores de glicose têm recebido destaque devido a sua importância em diagnósticos clínicos. Apesar do grande avanço no monitoramento de glicose nas últimas décadas, ainda há muitos desafios para alcançar um monitoramento de glicemia continuo, clinicamente preciso, em conexão a um sistema fechado otimizado para a entrega de insulina no corpo. Esta dissertação descreve a fabricação de filmes layer-by-layer (LbL) obtidos a partir da enzima glicose oxidase (GOx) e dos polieletrólitos poli(amidoamina) de geração 4 (PG4) e o hibrido PG4 com as nanopartículas de ouro (PG4AuNp). As nanopartículas de ouro foram sintetizadas em meio aquoso usando o dendrímero PG4, o ácido cloroáurico (HAuCl₄4) e ácido fórmico. As medidas de espectroscopia UV-Vis dos filmes automontados em substratos de quartzo mostraram um crescimento linear em função do número de bicamadas depositados apenas para o filme PG4-GOx. No filme PG4AuNp-GOx o crescimento não é linear. Em adição às caracterizações ópticas, estrutural e eletroquímica, os filmes LbL, depositados sobre substratos de vidro recoberto com óxido de índio (ITO) foram testados para a atuação em biossensores de peróxido de hidrogênio e de glicose. A biofuncionalidade da GOx e a viabilidade do método como biossensor foi demonstrada pelo aumento da corrente em função das sucessivas adições de alíquotas de glicose à solução. Os filmes sem nanopartículas não foram sensíveis a glicose. O biossensor com melhor desempenho foi o ITO-(PG4AuNp-GOx) com 5 bicamadas, que mostrou-se linear na faixa de 0 a 4,8 mM de glicose com sensibilidade 0,013 μA/mM e limite de detecção 0,44 mmolL ¹. / Applications of nanomaterials for biosensors have been target of substantial research in the last years. Among a large number of biosensors, glucose biosensors have attracted attention due to their applications in clinical diagnostics. Despite the remarkable progress in glucose biosensors in the last decades, there are still many challenges in achieving clinically accurate continuous glycemic monitoring in connection to closed-loop systems aimed at optimal insulin delivery. This dissertation describes the fabrication of layer-by-layer (LbL) films obtained from the enzyme glucose oxidase (GOx) and the polyelectrolytes poli(amidoamine) generation 4 (PG4) and PG4 containing gold nanoparticles (PG4AuNp). Gold nanoparticles were synthesized in aqueous solution using formic acid, PG4 and HAuCl ₄. UV-vis spectroscopy showed a linear growth on quartz substrate only in the system PG4-GOx. In addition to the optical, structural and electrochemistry investigation, these LbL films deposited on ITO-coated glass were employed as electrochemical glucose biosensors. The biofunctionality of GOx and feasibility of the method as biosensor are demonstrated by the increase of reduction current upon additions of successive aliquots of glucose. The biosensor ITO-(PG4AuNp-GOx) ₅ with the optimum performance had a detection limit of 0.44 mmolL¹ with a linear response in the range from 0 to 4.8 mmolL¹ and sensibility 0.013μA/mmolL ¹.

Superfícies híbridas nanoestruturadas Pt/Au com os depósitos de Au de 20, 50 e 100 nm de espessura foram obtidas pelo processo fotolitográfico. O molde utilizado foi um arranjo de microeletrodos interdigitados. As superfícies híbridas nanoestruturadas Pt/Au contendo 20, 50 e 100 nm de Au desenvolvidas foram caracterizadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Então, aplicadas como sensores para detecção eletroquímica dos biomarcadores ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina, hidroquinona e nitrito. Numa segunda etapa, as nanoestruturas de ouro foram recobertas com monocamada auto-organizada (self-assembled monolayers - SAM) de alcanotiol (cistamina, ácido mercaptoacético e 11-mercaptoundecanóico) visando a preparação da superfície para imobilização de biomoléculas, incluindo enzimas e anticorpos. A superfície híbrida bimetálica bifuncional nanoestruturada Pt/Au-SAM foi obtida realizando-se varreduras cíclicas em solução contendo 0,1 mol L-1 de H2SO4 em intervalos de varreduras de potenciais específicos para cada SAM, através deste procedimento foi possível remover a SAM somente da superfície da platina e mantendo sobre as nanoestruturas de ouro. A enzima glicose oxidase (Aspergillus niger) foi imobilizada por ligação covalente com auxílio de EDC/NHS e o ferroceno foi utilizado como mediador de elétrons. A caracterização eletroquímica foi feita em solução aquosa contendo 0,1 mol L-1 de ácido sulfúrico supra puro e em solução contendo 5,0 mmol da sonda redox ferrocianeto e ferricianeto de potássio utilizando-se a técnica de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. O peróxido de hidrogênio formado como produto da reação da catálise enzimática foi determinado sobre a superfície da platina em solução contendo 0,1 mol L-1 de PBS. A constante cinética aparente de Michaelis-Menten (KMapp) e a constante catalítica kcat foram calculadas e comparadas com outros transdutores relatados na literatura. A terceira aplicação foi a utilização desta superfície híbrida como um imunossensor eletroquímico para detecção de cortisol salivar. O anticorpo Anti-cortisol foi imobilizado com auxílio de EDC/NHS a SAM. Esse dispositivo foi imerso em soluções contendo 3.1 x 10-15 - 1.5 x 10-3 mol L-1 de cortisol. A relação sinal-concentração foi obtida através da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica observando-se a variação de transferência de carga com relação à variação de concentração de cortisol adsorvido ao dispositivo Pt/Au/SAM/Anticorpo-cortisol. Os limites de detcção obtidos foram 0,08, 207, 0,3, 11,1, 11,3, 0,2 × 10-6 e 9,3 × 10-13mol L-1 para glicose, ácido ascórbico, dopamina, hidroquinona, nitrito e ácido úrico, respectivamente. / Nanostructured hybrid surfaces Pt/Au containing 20, 50 and 100 nm of Au was obtained by the photolithographic process. The template used was an interdigitated microelectrodes array. The nanostructured hybrid surfaces Pt/Au containing 20, 50 and 100 nm of Au was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. Then, applied as sensors for electrochemical detection of biomarkers ascorbic acid, uric acid, dopamine, hydroquinone and nitrite. In a second step, the gold nanostructures were coated with self-assembled monolayer (self-assembled monolayers - SAM) of alkanethiol (cystamine, mercaptoacetic acid and 11-mercaptoundecanoic acid) aiming at preparing the surface for biomolecule immobilization, including enzymes and antibodies. The bifunctional nanostructured hybrid surface Pt/Au-SAM was obtained by performing cyclic scans solution containing 0.1 mol L-1 H2SO4 at specific potential scans intervals for each SAM through this procedure was only possible to remove the SAM the platinum surface and holding on the gold nanostructures. The enzyme glucose oxidase (Aspergillus niger) was immobilized with EDC/NHS and ferrocene was used as an electron mediator. The electrochemical characterization was performed in an aqueous solution containing 0.1 mol L-1 of sulfuric acid and in a solution containing 5.0 mmol of potassium ferrocyanide and ferricyanide redox probe using cyclic voltammetry technique and electrochemical impedance spectroscopy. The hydrogen peroxide formed as a product of the enzyme-catalyzed reaction was measured on the surface of platinum solution containing 0.1 mol L-1 PBS. The apparent Michaelis-Menten kinetic constant (KMapp) and the catalytic constant kcat were calculated and compared with other transducers reported in the literature. The third application was the use of this hybrid surface and an electrochemical immunosensor for detecting salivary cortisol. Anti-cortisol antibody was immobilized at the SAM (mercaptocaetic acid) with EDC/NHS. This device was dipped in solutions containing 3.1 x 10-15 - 1.5 x 10-3 mol L-1 of cortisol. The signal-concentration relationship was obtained by electrochemical impedance spectroscopy technique of observing the variation in load transfer with respect to variation of cortisol concentration device adsorbed to Pt/Au/SAM/antibody-cortisol. The detection limit obtained were 0.08, 207, 0.3, 11.1, 11.3, 0.2 × 10-6 mol L-1 for glucose, ascorbic acid, dopamine, hydroquinone, nitrite, uric acid, respectively. Keywords: Nanostructured hybrid surface, sensors, biosensors, imunosensors, biomarkers, uric acid, ascorbic acid, dopamine, hydroquinone, glucose, cortisol.