The electrochemical behavior of the herbicide trifluralin (TRF), used in the weed control, was investigated in the present study by using a vitreous carbon electrode (VCE). The reduction mechanism as well as the interaction of this herbicide with the biopolymer chitosan was determined by electrochemical techniques through adsorption isotherms to evaluate the potential application of a chitosan-based biosensor to quantify it. The TRF electrochemical behavior in a VCE lead to two reduction peaks of diffusional nature related to the reduction of the two nitro group and an anodic wave correspondent to the oxidation of the group hydroxylamine generated in the cathodic sweep. A consumption of 7,75 F mol L-1 and the complete disappearance of the two reduction waves were observed during the preparative electrolysis, while the electron-Fenton reaction gave possibly dimeric structures due to the coupling between TRF radicals produced after hydroxyl radical attack. The TRF is adsorbed in chitosan by electrostatics interaction between the biopolymer ammonium ion and the dipoles in the herbicide molecule through a spontaneous and thermodynamically favorable process. The electrode modified with chitosan can be used to analyze TRF once the detection limit was ten times slower than that unmodified electrode. Some previous studies showed that TRF is toxic to the periwinkle Biomphalaria Glabrata and interacts with the DNA macromolecule. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente estudo aborda a investigação do comportamento eletroquímico do herbicida Trifluralina (TRF), umas das substâncias mais aplicadas para o controle de gramíneas, em eletrodo de carbono vítreo, através do uso de técnicas eletroquímicas visando estabelecer o mecanismo de redução, bem como verificar a interação deste herbicida com o biopolímero quitosana através das isotermas de adsorção e avaliar a possibilidade de aplicação do biossensor à base de quitosana para a sua quantificação. O comportamento eletroquímico da TRF em eletrodo de CV apresentou dois picos de redução, ambos de natureza difusional, referentes à redução dos grupos nitro, e uma onda anódica correspondente à oxidação do grupo hidroxilamínico gerado na varredura catódica. A eletrólise preparativa levou ao consumo de 7,75 F mol L-1 e ao completo desaparecimento das duas ondas de redução e a reação de eletron-fenton levou a formação de possíveis estruturas diméricas resultantes do acoplamento entre os radicais da TRF obtidos a partir do ataque da hidroxila radicalar. A TRF adsorve em quitosana mediante interação eletrostática entre o íon amônio do biopolímero e o dipolo da molécula do herbicida por um processo espontâneo e termodinamicamente favorável e o eletrodo modificado com quitosana pode ser utilizado para a detecção da TRF onde o limite de detecção foi na ordem de 7,45 x 10-8 mol L-1 dez vezes menor do que em eletrodo de CV, mostrando assim uma maior sensibilidade. O estudo eletroquímico da TRF em biossensor de dsDNA, tanto em solução como incorporado na superfície do eletrodo de CV, mostrou que a TRF interage com o dsDNA tanto na sua forma não reduzida quanto após a eletrorredução in situ. Ensaios moluscicidas mostraram que a TRF apresenta toxicidade frente ao caramujo Biomphalaria Glabrata.

Neste trabalho foram investigadas a atividade antialérgica de extratos, ou substâncias isoladas, obtidos de fontes naturais. Para isso foi utilizado o sistema biossensor baseado em mastócitos os quais liberam a enzima beta-hexosaminidase usada como marcador da degranulação. Para algumas substâncias naturais da classe dos flavonóides (quercetina-Qc e rutina-Rt) e ácidos polifenólicos (ácido dimetoxicinâmico-Dm e ácido cafeico-Cf), os ensaios biológicos foram conduzidos na presença de beta-ciclodextrina (beta-CD) a fim de estudar a eficiência do ensaio biológico e o efeito de complexação na atividade antialérgica. Inicialmente, foram investigadas, as propriedades espectroscópicas destes flavonóides e ácidos polifenólicos, na ausência, e presença de beta-CD. As mudanças nos espectros de absorção e fluorescência, em presença de beta-CD, mostraram que ocorre a associação dos fármacos com a beta-CD. Assim, as constantes de incorporação (Kc) foram determinadas pelo método de Higuchi e Connors e os resultados mostraram maior incorporação da Qc (Kc = 172 /M) na cavidade da beta-CD quando comparada a Rt (Kc = 139 /M). No caso dos polifenóis, Dm mostrou incorporação maior em relação ao Cf, com valores de Kc iguais a 718 e 278 /M, respectivamente. Os valores de Kc foram considerados apropriados para a aplicação de compostos de inclusão como agentes terapêuticos. Assim, os complexos de inclusão sólidos, foram preparados por uma adaptação do método da co-evaporação e caracterizados por Análise Termogravimétrica (TGA), Análise Térmica Diferencial (DTA), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), espectroscopia na região do Infravermelho (FTIR) e Ressonância Magnética Nuclear de Prótons (1H-RMN). O parâmetro físico-químico para interação hidrofóbica (log P) foi determinado para os flavonóides e acidos polifenólicos e os resultados indicaram que a hidrofobicidade seguiu a seguinte ordem: Dm > Cf > Qc > Rt. Os complexos de inclusão foram mais eficazes para inibir a liberação da beta-hexosaminidase do que os fármacos na forma livre. A atividade anti-alérgica da Qc livre (IC50= 5,1 µM) mostrou um aumento de oito vêzes quando complexada com a beta-CD (IC50= 0,62 µM). Um aumento da atividade foi observado, também, para os complexos Rt/CD, Cf/CD e Dm/CD. Este efeito foi mais forte para os compostos com maior hidrofobicidade. A atividade antialérgica das substâncais naturais livres provenientes de várias classes de plantas tais como flavonóides, ácidos polifenólicos, terpenos, alcalóides e iridóides foi, também, investigada. Os flavonóides tais como quercetina (IC50= 5,1 µM), 7-metil quercetina (IC50= 6,2 µM), caempferol-3-glicosideo (IC50= 6,7 µM) and 4-O-(6-trans-p-coumaroil)--D-glicopyranosil okanina (IC50= 5,8 µM) mostraram a maior atividade antialérgica comparados ao fumarato de cetotifeno (IC50= 15,1 µM). Os extratos provenientes de diversas espécies de plantas tais como Bidens sulphurea, Bidens gardneri, Bidens graveolens, Mikania parodii Cabrera e Mikania pilosa Baker foram, também, investigados. Os resultados mostraram maior atividade para o extrato de Bidens obtido de acetato de etila. Este extrato é rico em derivados metilados de quercetina os quais exibiram forte atividade antialérgica quando utilizados no ensaio biológico como substância isolada. / Anti-allergic activity of extracts and isolated compounds obtained from natural sources was investigated using the mast-cell based biosensor system. Mast cells release beta-hexosaminidase enzyme which is used as a marker of degranulation. Flavonoids (quercetin-Qc and rutin-Rt) and polyphenolic acids (caffeic acid-Cf and dimethoxy cinnamic acid-Dm) were used as inclusion compounds with beta-cyclodextrin (beta-CD) in order to compare the efficiency of the biological assay and the anti-allergic activity of the drugs free or associated with beta-CD. Spectroscopic properties of the flavonoids and polyphenolic acids were monitored in the absence or presence of beta-CD. The absorbance and fluorescence spectra showed drug association with beta-CD; subsequently the stability constants (kc) of the drugs were obtained in accordance with the method of the Higuchi-Connors. The results showed higher association of Qc with beta-CD (Kc= 172 /M) compared to Rt (Kc= 139 /M). For the polyphenolic acids, Dm exhibited the higher association with beta-CD compared to Cf (718 and 278 /M respectively). The Kc values felt within the range considered adequate for the formation of inclusion complex, and they can be used to improve the bioavailability of the flavonoids and polyphenolic acids. The solid inclusion compounds were obtained by an adaptation of the co-evaporation method and characterized by Thermo Gravimetric Analysis (TG), Differential Thermal Analysis (DTA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (1H NMR). Physico-chemical parameter for hydrophobic interaction (log P) was determined for the flavonoids and polyphenolic acids and the results indicated that the hydrophobicity followed the order: Dm > Cf > Qc > Rt. The inclusion complexes were more effective at inhibiting beta-hexosaminidase release than plain drugs. The anti-allergic activity of plain Qc (IC50= 5.05 M) showed eightfold improvement when included inside the beta-CD cavity (IC50= 0.62 M). Higher biological activity on the part of the complex was also observed for the complexes Rt/CD, Cf/CD and Dm/CD. This effect was stronger for the compounds with higher hydrophobicity. The anti-allergic activity of plain natural compounds from several classes of plants such as flavonoids, polyphenolic acids, terpenes, alkaloids and iridoids was investigated. Flavonoids such as quercetin (IC50= 5.1 µM), 7-methyl quercetin (IC50= 6.2 µM), kaempferol-3-glycoside (IC50= 6.7 µM) and 4-O-(6-trans-p-coumaroil)--D-glucopyranosyl okanin (IC50= 5.8 µM) showed the stronger anti-allergic activity compared with ketotifen fumarate, a reference drug (IC50= 15.1 µM). Extracts proceeding from different species of plants such as Bidens sulphurea, Bidens gardneri, Bidens graveolens, Mikania parodii Cabrera and Mikania pilosa Baker were also investigated. The results showed stronger anti-allergic activity for ethyl acetate extracts obtained from Bidens specie. This extracts are rich in methylated quercetin derivatives which showed strong anti-allergic activity when assayed as isolated substances

Neste trabalho foram investigadas a atividade antialérgica de extratos, ou substâncias isoladas, obtidos de fontes naturais. Para isso foi utilizado o sistema biossensor baseado em mastócitos os quais liberam a enzima beta-hexosaminidase usada como marcador da degranulação. Para algumas substâncias naturais da classe dos flavonóides (quercetina-Qc e rutina-Rt) e ácidos polifenólicos (ácido dimetoxicinâmico-Dm e ácido cafeico-Cf), os ensaios biológicos foram conduzidos na presença de beta-ciclodextrina (beta-CD) a fim de estudar a eficiência do ensaio biológico e o efeito de complexação na atividade antialérgica. Inicialmente, foram investigadas, as propriedades espectroscópicas destes flavonóides e ácidos polifenólicos, na ausência, e presença de beta-CD. As mudanças nos espectros de absorção e fluorescência, em presença de beta-CD, mostraram que ocorre a associação dos fármacos com a beta-CD. Assim, as constantes de incorporação (Kc) foram determinadas pelo método de Higuchi e Connors e os resultados mostraram maior incorporação da Qc (Kc = 172 /M) na cavidade da beta-CD quando comparada a Rt (Kc = 139 /M). No caso dos polifenóis, Dm mostrou incorporação maior em relação ao Cf, com valores de Kc iguais a 718 e 278 /M, respectivamente. Os valores de Kc foram considerados apropriados para a aplicação de compostos de inclusão como agentes terapêuticos. Assim, os complexos de inclusão sólidos, foram preparados por uma adaptação do método da co-evaporação e caracterizados por Análise Termogravimétrica (TGA), Análise Térmica Diferencial (DTA), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), espectroscopia na região do Infravermelho (FTIR) e Ressonância Magnética Nuclear de Prótons (1H-RMN). O parâmetro físico-químico para interação hidrofóbica (log P) foi determinado para os flavonóides e acidos polifenólicos e os resultados indicaram que a hidrofobicidade seguiu a seguinte ordem: Dm > Cf > Qc > Rt. Os complexos de inclusão foram mais eficazes para inibir a liberação da beta-hexosaminidase do que os fármacos na forma livre. A atividade anti-alérgica da Qc livre (IC50= 5,1 µM) mostrou um aumento de oito vêzes quando complexada com a beta-CD (IC50= 0,62 µM). Um aumento da atividade foi observado, também, para os complexos Rt/CD, Cf/CD e Dm/CD. Este efeito foi mais forte para os compostos com maior hidrofobicidade. A atividade antialérgica das substâncais naturais livres provenientes de várias classes de plantas tais como flavonóides, ácidos polifenólicos, terpenos, alcalóides e iridóides foi, também, investigada. Os flavonóides tais como quercetina (IC50= 5,1 µM), 7-metil quercetina (IC50= 6,2 µM), caempferol-3-glicosideo (IC50= 6,7 µM) and 4-O-(6-trans-p-coumaroil)--D-glicopyranosil okanina (IC50= 5,8 µM) mostraram a maior atividade antialérgica comparados ao fumarato de cetotifeno (IC50= 15,1 µM). Os extratos provenientes de diversas espécies de plantas tais como Bidens sulphurea, Bidens gardneri, Bidens graveolens, Mikania parodii Cabrera e Mikania pilosa Baker foram, também, investigados. Os resultados mostraram maior atividade para o extrato de Bidens obtido de acetato de etila. Este extrato é rico em derivados metilados de quercetina os quais exibiram forte atividade antialérgica quando utilizados no ensaio biológico como substância isolada. / Anti-allergic activity of extracts and isolated compounds obtained from natural sources was investigated using the mast-cell based biosensor system. Mast cells release beta-hexosaminidase enzyme which is used as a marker of degranulation. Flavonoids (quercetin-Qc and rutin-Rt) and polyphenolic acids (caffeic acid-Cf and dimethoxy cinnamic acid-Dm) were used as inclusion compounds with beta-cyclodextrin (beta-CD) in order to compare the efficiency of the biological assay and the anti-allergic activity of the drugs free or associated with beta-CD. Spectroscopic properties of the flavonoids and polyphenolic acids were monitored in the absence or presence of beta-CD. The absorbance and fluorescence spectra showed drug association with beta-CD; subsequently the stability constants (kc) of the drugs were obtained in accordance with the method of the Higuchi-Connors. The results showed higher association of Qc with beta-CD (Kc= 172 /M) compared to Rt (Kc= 139 /M). For the polyphenolic acids, Dm exhibited the higher association with beta-CD compared to Cf (718 and 278 /M respectively). The Kc values felt within the range considered adequate for the formation of inclusion complex, and they can be used to improve the bioavailability of the flavonoids and polyphenolic acids. The solid inclusion compounds were obtained by an adaptation of the co-evaporation method and characterized by Thermo Gravimetric Analysis (TG), Differential Thermal Analysis (DTA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (1H NMR). Physico-chemical parameter for hydrophobic interaction (log P) was determined for the flavonoids and polyphenolic acids and the results indicated that the hydrophobicity followed the order: Dm > Cf > Qc > Rt. The inclusion complexes were more effective at inhibiting beta-hexosaminidase release than plain drugs. The anti-allergic activity of plain Qc (IC50= 5.05 M) showed eightfold improvement when included inside the beta-CD cavity (IC50= 0.62 M). Higher biological activity on the part of the complex was also observed for the complexes Rt/CD, Cf/CD and Dm/CD. This effect was stronger for the compounds with higher hydrophobicity. The anti-allergic activity of plain natural compounds from several classes of plants such as flavonoids, polyphenolic acids, terpenes, alkaloids and iridoids was investigated. Flavonoids such as quercetin (IC50= 5.1 µM), 7-methyl quercetin (IC50= 6.2 µM), kaempferol-3-glycoside (IC50= 6.7 µM) and 4-O-(6-trans-p-coumaroil)--D-glucopyranosyl okanin (IC50= 5.8 µM) showed the stronger anti-allergic activity compared with ketotifen fumarate, a reference drug (IC50= 15.1 µM). Extracts proceeding from different species of plants such as Bidens sulphurea, Bidens gardneri, Bidens graveolens, Mikania parodii Cabrera and Mikania pilosa Baker were also investigated. The results showed stronger anti-allergic activity for ethyl acetate extracts obtained from Bidens specie. This extracts are rich in methylated quercetin derivatives which showed strong anti-allergic activity when assayed as isolated substances

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:40:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cliciane Guadalupe de Jesus.pdf: 1994532 bytes, checksum: 0f732ce8dacf9081816c07b36ec9e75d (MD5) Previous issue date: 2013-06-21 / In this thesis, it is described the preparation, characterization and application of LbL films based on the 3- n - propylpyridinium silsesquioxane polymer (SiPy+Cl-) and copper (II) tetrasulfophthalocyanine (CuTsPc), denoted as (SiPy+Cl-/CuTsPc)n, for construction of sensors and biosensors. These films (SiPy+Cl-/CuTsPc)n, were applied as a sensor for promethazine hydrochloride (PMZ) and hydrogen peroxide (H2O2). In addition, taking advantage of the property to the film in electrocatalyzing the reduction of H2O2, an enzymatic amperometric biosensor was constructed by the immobilization of the glucose oxidase enzyme (GOx) on the film for detection of glucose, based on the detection of H2O2 produced in the enzymatic reaction. The UV-Vis spectroscopic technique showed that the adsorption of phthalocyanine occurred linearly indicating that the approximately the same amount of the species is immobilized at each bilayer. The interaction between the sulfonic group and the pyridinium ring is responsible for the support of the films due to the shift of the vibration associated with sulfonic groups. The film (SiPy+Cl-/CuTsPc)5 was highly electrocatalytic and sensitive determination of PMZ. The oxidation process of PMZ molecule presented two peaks at 0.48 and 0.79 V. After optimization of the square wave voltammetry parameters (f = 100 s-1, a = 40 mV and ΔEs = 2 mV), the peak at 0.79 V was used for quantification. Accordingly, the modified electrode obtained a linear response of 3.98 x 10-7 to 3.85 x 10-6 mol L-1 with limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) equal to 8.71 x 10-9 mol L-1 (2.79 g L-1) and 9.31 x 10-8 mol L-1 (9.31 g L-1), respectively. The recovery in pharmaceutical samples showed high stability, specificity and accuracy of the method in complex samples without any pre-treatment. The film (SiPy+Cl-/CuTsPc)2 showed excellent electrocatalytic activity for the reduction of H2O2 with a wide linear range (4.97 x 10-6 a 4.76 x 10-5 mol L-1) and low detection limit (0.33 x 10-6 mol L-1). This electrode was modified with the glucose oxidase enzyme (GOx) and coated with Nafion® (Nf) film, which was used to prevent leaching of GOx. The Fourier transform infrared, fluorescence and circular dichroism spectroscopics, showed that the GOx enzyme retains its native secondary structure when immobilized on the LbL film. The resulting biosensor (SiPy+Cl-/CuTsPc)2(SiPy+Cl-/GOx/Nf) exhibited a current response which varied linearly with the concentration of glucose in the range of 1-10 mmol L-1, with LOD = 0.17 mmol L-1, sensitivity of 1.397 μA x 10-7/mmol L-1 and a rapid response time, less than 5 seconds. The Michaelis-Menten constant apparent ( appmK ) was 10 mmol L-1. Furthermore, the biosensor also showed good reproducibility, excellent stability and a long life, without loss of enzymatic activity by a one-week period and remained active for more than three weeks. The use of the polymer Nf decreased the effect of interferents on the response of the biosensor. / Esta tese descreve a preparação, a caracterização e a aplicação de filmes automontados entre o polímero cloreto de 3- n -propilpiridínio silsesquioxano (SiPy+Cl-) e a ftalocianina tetrassulfonada de cobre (II) (CuTsPc), designados como (SiPy+Cl-/CuTsPc)n, para a construção de sensores e biossensores. Tais filmes, (SiPy+Cl-/CuTsPc)n, se mostraram promissores como sensor para detecção de cloridrato de prometazina (PMZ) e peróxido de hidrogênio (H2O2). Adicionalmente, tirando-se proveito da propriedade do filme em eletrocatalisar a redução do H2O2, construiu-se um biossensor enzimático amperométrico, a partir da imobilização da enzima glicose oxidase (GOx) sobre o filme, para a detecção de glicose, baseado na detecção do H2O2 produzido na reação enzimática. A técnica de espectroscopia de UV-Vis revelou que a adsorção de ftalocianina ocorre de maneira linear indicando que a cada bicamada depositada aproximadamente a mesma quantidade de material é imobilizado. A interação entre os grupos sulfônicos e o anel piridínio é a responsável pela sustentação dos filmes, devido ao deslocamento da banda associada à vibração dos grupos sulfônicos. O filme (SiPy+Cl-/CuTsPc)5 mostrou propriedades eletrocatalíticas na determinação de PMZ. Este apresentou dois processos de oxidação em 0,48 e 0,79 V. Após a otimização dos parâmetros da voltametria de onda quadrada (f = 100 s-1, a = 40 mV e ΔEs = 2 mV), o pico a 0,79 V foi utilizado para sua quantificação. Nestas condições, o eletrodo modificado obteve uma resposta linear de 3,98 x10-7 a 3,85 x 10-6 mol L-1 com limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) iguais a 8,71 x 10-9 mol L-1 (2,79 μg L-1) e 9,31 x 10-8 mol L-1 (9,31 μg L-1), respectivamente. A recuperação em amostras farmacêuticas revelou alta estabilidade, especificidade e precisão do método, sem qualquer pré-tratamento. O filme (SiPy+Cl-/CuTsPc)2 demonstrou excelente atividade eletrocatalítica para redução de H2O2 com uma ampla resposta linear (4,97 x 10-6 a 4,76 x 10-5 mol L-1) e baixo limite de detecção (0,33 x 10-6 mol L-1). Este eletrodo foi modificado com a enzima glicose oxidase (GOx) e recoberto com filme de Nafion® (Nf), que foi usado para prevenir o lixiviamento da GOx. As técnicas espectroscópicas de infravermelho, fluorescência e dicroísmo circular mostraram que a enzima GOx mantém a sua estrutura nativa secundária quando imobilizado sobre o filme LbL. O biossensor resultante (SiPy+Cl-/CuTsPc)2(SiPy+Cl-/GOx/Nf) exibiu uma resposta de corrente que variou linearmente com a concentração de glicose na faixa de 1 a 10 mmol L-1, com LD = 0,17 mmol L-1, sensibilidade de 1,397 x 10-7 μA/mmol L-1 e um rápido tempo de resposta, inferior a 5 s. A constante de Michaelis-Menten aparente ( appmK ) foi de 10 mmol L-1. Além disso, o biossensor também apresentou boa reprodutibilidade, excelente estabilidade e longo tempo de vida, sem diminuição da atividade enzimática por um período de uma semana e permaneceu ativo por mais de três semanas. A utilização do polímero Nf possibilitou a diminuição do efeito de interferentes na resposta do biossensor. Palavras chave: Filmes LbL, polieletrólito Silsesquioxano, Biossensor Amperométrico, Glicose Oxidase.

Os biossensores são dispositivos empregados para a detecção de um analito específico, podendo assim ser no controle de qualidade nos alimentos para determinar a presença de micro-organismos, toxinas ou metabólitos. O presente estudo objetiva desenvolver um biossensor condutométrico, baseado na imobilização de peroxidasse em membranas de quitosana e quitosana com nanopartículas de ouro (AuNP) para a detecção de peroxido de hidrogênio. O trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira etapa foi estudada a obtenção de AuNP empregando agentes redutores biológicos, sendo avaliados três monossacarídeos (glicose, frutose e galactose), três dissacarídeos (sacarose, maltose e lactose), dois biopolímeros (amido e quitosana), assim como os extratos obtidos a partir das folhas de hortelã (Mentha piperita) e cascas de furtas de abacaxi (Ananas comosus), banana (Musa sp. ), maracujá (Passiflora edulis), tangerina (Citrus reticulata). A quitosana mostrou-se como o melhor agente redutor na síntese das AuNP, as quais foram empregadas na segunda etapa para a produção de membranas. Três tipos de membranas foram processadas, membranas de quitosana sem AuNP e membranas de quitosana com AuNP com concentrações de 8 e 11mM., as quais foram caraterizadas morfológica e eletricamente. Finalmente foi avaliada a imobilização da peroxidasse usando quatro tratamentos diferentes, sendo a dispersão da peroxidasse nas soluções filmogênicas precursoras das membranas a mais eficiente. A resposta elétrica destas membranas é dependente da concentração de AuNP e da presença de enzimas, e também foi alterada quando as mesmas foram expostas a soluções de tampão fosfato com diferentes concentrações de peroxido de hidrogênio. Isto constitui o principio de operação dos biossensores condutométricos desenvolvidos neste trabalho. / Biosensors are devices used for detecting a specific analyte, and thus can be used in quality control of food for determining the presence of micro-organisms, toxins or metabolites. The present study aims to develop a conductometric biosensor based on the immobilization of peroxidase in membranes of chitosan and chitosan with gold nanoparticles (AuNP) for the detection of hydrogen peroxide. The work was divided into three stages. In the first stage, methods for obtaining AuNP employing biological reducing agents were studied, evaluating three monosaccharides (glucose, fructose and galactose), three disaccharides (sucrose, maltose and lactose), two biopolymers (starch and chitosan), as well as the extracts obtained from the leaves of mint (Mentha piperita) and husks dost thou pineapple (Ananas comosus), banana (Musa sp), passion fruit (Passiflora edulis), mandarin (Citrus reticulata). Chitosan exhibited the best behavior as reducing agent for the synthesis of AuNP, which were employed in the second step for the production of membranes. Three types of membranes were processed, chitosan membranes without AuNP and chitosan membranes with AuNP with concentrations of 8 and 11mM, which were morphologically and electrically characterized. Finally the peroxidase immobilization was evaluated using four different procedures, being the dispersion of the peroxidase in filmogenic solutions precursor of membranes the more efficient. The electrical response of these membranes, depends on the AuNP concentration and the presence of enzymes, and was also altered when they were exposed to hydrogen peroxide containing phosphate buffer solutions. This constitutes the principle of operation of the conductometric biosensor developed in this work.

A imobilização de moléculas de interesse biológico em superfícies sólidas é essencial para uma série de aplicações biotecnológicas. Dentre as técnicas de imobilização, a automontagem camada por camada por adsorção física possui inúmeras vantagens, incluindo condições brandas e fisiológicas de preparação, capacidade de incorporar diferentes biomoléculas, e controle molecular. Nesta tese foram explorados filmes nanoestruturados de materiais de interesse biológico, bem como modelos de membranas, em que foram empregadas a técnica de automontagem e a preparação de lipossomos. Os lipossomos, que serviram como modelos de membrana, foram imobilizados em filmes automontados e sua integridade estrutural foi mantida. Também foram utilizados para incorporar e estabilizar melanina, e então imobilizados em filmes automontados, com preservação da propriedade fluorescente da melanina. A automontagem também foi utilizada para imobilização das enzimas uricase, fitase e colesterol oxidase, alternadas com camadas de polieletrólitos. Estes filmes mostraram bom desempenho como biossensores amperométricos para uricase e fitase, e como biossensores usando espectroscopia de impedância para a fitase e colesterol oxidase. Tais biossensores foram usados para detectar baixas quantidades de ácido úrico, ácido fítico e colesterol, respectivamente. Não houve efeitos de interferentes nos sensores amperométricos devido à utilização de eletrodos previamente modificados com azul da Prússia, que funcionou como mediador redox. A alta sensibilidade e seletividade dos biossensores foram atribuídas à natureza do filme ultrafino e à capacidade de reconhecimento das biomoléculas, respectivamente. Esta abordagem abre caminho para novas tecnologias de dispositivos para diagnósticos clínicos e análises de alimentos, bem como para entender mecanismos de interação da biomolécula com a membrana celular para o desenvolvimento de agentes terapêuticos. / The immobilization of molecules of biological interest on solid surfaces is essential for a number of biotechnological applications. Among the techniques for immobilization the layer-by-layer (LbL) method based on physical adsorption exhibits several advantages, including mild, physiological conditions for film preparation, ability to incorporate different biomolecules and molecular control. In this thesis, nanostructured films made with materials of biological interest were exploited as model membranes, where use was made of the LbL technique and liposomes. The latter, which served as membrane models, were immobilized in LbL films and had their structural integrity preserved. Liposomes were also used to incorporate and stabilize melanin, which were then deposited on LbL films with the fluorescence of melanin being preserved. The LbL method was also used to immobilize the enzymes uricase, phytase and cholesterol oxidase, alternated with layers of polyelectrolytes. These LbL films were employed in amperometric biosensors with uricase and phytase, and in biosensors based on impedance spectroscopy for phytase and cholesterol oxidase. Low amounts of uric acid, phytic acid and cholesterol were detected, respectively. There was no effect from interferents in the amperometric biosensors because the electrodes were previously modified with a layer of Prussian Blue, which acted as a redox mediator. The high sensitivity and selectivity were attributed to the ultrathin nature of the films and the ability of molecular recognition of the biomolecules, respectively. The approaches used here open the way for novel devices for clinical diagnostics and food quality control, in addition to understanding the interaction mechanisms between the biomolecules and the cell membranes, which is important for developing therapeutic agents.

Neste trabalho, apresentamos a eletrossíntese de um novo polímero condutor derivado do polipirrol (PPI) funcionalizado com um grupo carboxílico, o polipirrol-2-ácido carboxílico (PPI-2-COOH), e o seu uso como transdutor amperométrico em biossensores pelo uso da polifenol oxidase (PFO). São apresentadas todas as etapas de síntese e de caracterização dos filmes poliméricos em microeletrodos e o preparo e a resposta dos biossensores montados para a detecção de um composto fenólico. Nossos estudos sobre eletrossíntese, respostas eletroquímicas dos filmes, juntamente com resultados de microgravimetria e modelagem molecular de dímeros e trímeros derivados de PI-2-COOH, permitiram com que pudéssemos sugerir pela primeira vez um mecanismo de eletropolimerização deste monômero em meio não aquoso. Na caracterização dos filmes por espectroscopia in situ no UV-visível e infravermelho próximo foram observadas duas bandas idênticas às transições pi-pi* características dos filmes de PPI no seu estado neutro e de maior dopagem, confirmando a possibilidade de haver duas conformações na cadeia do PPI-2-COOH. Com a modelagem molecular de um oligômero formado a partir da oxidação do PI-2-COOH, verificamos que para cada 4 anéis heterocíclicos acoplados entre si na posição 4-5, um par de anéis se encontrava em um plano diferente do segundo par de anéis, mantendo este padrão em toda a extensão da cadeia polimérica. A resposta redox dos filmes nos permitiu observar a preferência do polímero pela entrada de cátions em sua estrutura. Nos espectros de FTIR também comprovamos a presença do grupo carboxílico na estrutura do polímero, o que permitiu uma imobilização enzimática por ligação covalente. A confecção de microeletrodos destinados para a análise por injeção em fluxo (FIA) nos possibilitou uma economia de reagentes, praticidade e boa reprodutibilidade das medidas. Os biossensores amperométricos obtidos pela imobilização covalente da PFO sobre filmes de PPI-2-COOH apresentaram um pH ótimo de funcionamento em 9,4 e um potencial ótimo de trabalho em +70 mV vs Ag/QRE. Finalizamos nosso trabalho obtendo as respostas amperométricas dos biossensores para a detecção de um composto fenólico, pirocatecol, com uma linearidade entre as concentrações de 5x10-4 até 2,5x10-2 mol/L. / In this work, we present the electrochemical synthesis of a new conducting polymer derived of polypyrrole (PPI) functionalized by carboxylic group, the polypyrrole-2-carboxylic acid, and its application as amperometric transducer in biosensor by use of polyphenol oxidase (PFO). All the steps of syntheses and characterization of the polymer film in microelectrodes and response of the biosensor build for detection of phenolic compost. Our study about electrosyntheses, electrochemical response of the films (PPI-2-COOH) together with microgravimetry result and the molecular modeling of dimer and trimer derived from PI-2-COOH allowed one to suggest, for the first time, the mechanism of electropolymerization of this monomer in non-aqueous medium. When the technique of in-situ ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS in-situ) was observed two bands, identical to the transition pi-pi* which are characteristics of the PPI films on their neutral state and of bigger doping, confirming the possibility that there may be two conformations in the PPI-2-COOH chain. With the molecular modeling of an oligomer formed by PI-2-COOH oxidation, we verified that for each four heterocyclic ring coupled together in the position 4-5, there´s a pair of rings, maintaining this pattern in all the extension of the polymeric chain. The redox response through the electrochemical measurement we could observe in FTIR the polymer preference for the cations adsorption. On the FTIR measurements, we could also observe the presence of the carboxylic group in the polymers structure, which is needed for the enzymatic immobilization by covalent binding. The fabrication of the microelectrode destined to flow injection analysis (FIA), made possible not only to save a lot of reagents, but also demonstrated praticity in the experimental set up and good reproducibility of results. Hence, the obtaining of amperometric biosensor by covalent binding of PFO on the PPI-2-COOH film, presented good pH in 9.4 and great work potential in +70 mV vs Ag/AgCl. We finish the work with the amperometric response of the biosensor in the detection of pyrocatechol, forming a straight line between the concentrations of 5x10-4 to 2.5x10-2 mol/L.

Disponibiliza??o do trabalho em conte?do parcial, conforme Termo de Autoriza??o. / Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2017-03-27T19:34:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) fernanda_souza_paula_parcial.pdf: 515579 bytes, checksum: f72e2289acf5068c063e2bd00f0fefc3 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2017-04-24T16:35:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) fernanda_souza_paula_parcial.pdf: 515579 bytes, checksum: f72e2289acf5068c063e2bd00f0fefc3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T16:35:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) fernanda_souza_paula_parcial.pdf: 515579 bytes, checksum: f72e2289acf5068c063e2bd00f0fefc3 (MD5) Previous issue date: 2017 / O trabalho investiga a utiliza??o de plataformas eletroqu?micas contendo filmes polim?ricos derivados do ?cido 4-aminosalicico (4-AMS) para imobiliza??o da enzima Urato oxidase (UOx) visando aplica??o na quantifica??o de ?cido ?rico (AU) em amostras de urina. Investigou-se a eletrodeposi??o do 4-AMS pelas t?cnicas de voltametria c?clica (VC) e cronoamperometria (CA) sobre eletrodos de grafite (EG). Por VC foram realizados 100 ciclos de potencial na faixa de -0,25 a 1,25 V ? 50 mV/s em solu??o 2,50 mM do mon?mero preparado em H2SO4 0,50 M. Utilizando a CA, a eletropolimeriza??o foi realizada a potencial constante de +0,928 V durante 5600s no mesmo meio reacional utilizado na VC. O poli(4-AMS) obtido por VC e CA mostrou dois pares redox, os quais est?o relacionados a eletroatividade do filme polim?rico, na regi?o de potencial de +0,50/+0,40 V. Contudo, maiores valores de Ipa e Ipc foram obtidos para os eletrodos modificados por VC, sugerindo que estes filmes s?o mais eletroativos. A deposi??o do azul da Pr?ssia (AP), mediador da rea??o de per?xido, foi investigada sobre os EG, com posterior modifica??o com poli(4-AMS). Notou-se que a presen?a do AP n?o altera o perfil voltam?trico da eletropolimeriza??o do 4-AMS. Contudo, quando comparada com a eletropolimeriza??o somente nos EG, obteve-se filmes mais resistivos e com menor eletroatividade. Analisando as propriedades eletroqu?micas e morfol?gicas, por VC conseguiuse filmes mais uniformes, com maior quantidade de material depositado e maior eletroatividade. A eletropolimeriza??o foi realizada tamb?m sobre eletrodos impressos de grafite contendo azul da Pr?ssia (EI/AP), onde posteriormente imobilizou-se 5 U da UOx, e o biossensor foi acoplado a uma c?lula de fluxo num sistema de an?lise por inje??o em fluxo (FIA) de linha ?nica. A vaz?o e o volume da al?a de amostragem foram otimizados em 2,10 mL/min e 200 ?L, repectivamente. O valor de pH da solu??o do analito foi otimizado em 8,27. Medidas de reprodutibilidade mostraram desvio padr?o de 2,15% (n=10). O biossensor respondeu linearmente para AU na faixa de 1,0 x 10-5 a 2,0 x 10-4 M, com limite de detec??o de 3,0 ?M. Amostras de urina foram dilu?das (1:10) e injetadas diretamente no biossensor. A reposta foi reprodut?vel mostrando baixo desvio padr?o para as medidas, e valores encontrados dentro da faixa esperada para o analito em amostras de urina. Testes de adi??o e recupera??o mostraram valores de 97,35% (?2,43). O biossensor mostrou-se bastante promissor para a proposta do trabalho, apresentando resultados muito satisfat?rios para as an?lises e par?metros investigados. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-Gradua??o em Qu?mica, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / This work investigates the use of electrochemical platforms containing polymeric films derived from 4-aminosalicylic acid (4-ASA) modified with the enzyme Urate oxidase (UOx) for quantification of uric acid (UA) in urine samples. The electrodeposition of 4-ASA was investigated through Cyclic Voltammetry (CV) and Chronoamperometry (CA) on graphite electrodes (GE). 100 cycles were performed in the range of -0.25 to 1.25 V at 50 mV/s in 2.50 mM monomer solution prepared in 0.50 M H2SO4. Using CA, the deposition was performed at a potential of +0.928 V for 5600 s in the same CV reaction medium. The poly(4-ASA) showed two redox pairs related to the electroactivity of the polymeric film in the potential range of + 0.50 /+ 0.40 V. However, higher values of Ipa and Ipc were obtained for the electrodes modified through CV, suggesting that these films are more electroactive. The deposition of Prussian blue (PB), mediator of the peroxide reaction, was investigated on the GE with subsequent modification with poly (4-ASA). It was observed that the presence of PB does not alter the voltammetric profile of 4-ASA electropolymerization. However, when compared with the electropolymerization in bare GE, more resistive films were obtained with lower electroactivity. Analyzing the electrochemical and morphological properties through CV, more uniform films were obtained, with more material deposited and greater electroactivity. The electropolymerization of poly(4-ASA) was also conducted on screen printed electrodes containing Prussian Blue (SPE/PB), with subsequent immobilization of 5U of Uox. This biosensor was coupled to a flow cell in a Flow Injection Analysis (FIA) system of single line. The flow rate and the sampling loop volume were optimized at 2.10 mL/min and 200 ?L, respectively. The pH value of the analyte solution was optimized at 8.27. Reproducibility measures showed a standard deviation of 2.15% (n = 10). The biosensor responded linearly to UA in the range of 1.0 x 10-5 to 2.0 x 10-4 M, with a detection limit of 3.0 ?M. Urine samples were diluted (1:10) and directly injected over the biosensor. The response was reproducible with low standard deviation and values found within the range expected for the analyte in urine samples. Addition and recovery tests showed values of 97.35% (?2.43). The biosensor is very promising for the work proposal, presenting very satisfactory results for the analyzes and investigated parameters.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-27T17:47:55Z No. of bitstreams: 1 CARLOS ALBERTO DE SOUZA FILHO - TESE (PPGEEI) 2017.pdf: 5845823 bytes, checksum: 59b31ed9bad1da32c8a58176ef374a61 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-27T17:47:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CARLOS ALBERTO DE SOUZA FILHO - TESE (PPGEEI) 2017.pdf: 5845823 bytes, checksum: 59b31ed9bad1da32c8a58176ef374a61 (MD5) Previous issue date: 2017-03-28 / CNPq / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistemamultianalítico portátil baseado em Ressonância de Plasmons de Superfície (SPR). A solução proposta visa transformar um dispositivo computacional portátil comercial existente, como smartphones, tablets e notebooks, em um instrumento capaz de analisar substâncias orgânicas e inorgânicas. Desta forma minimiza-se consideravelmente o custo comparado aos dispositivos convencionais baseados em SPR, além de proporcionar a utilização em locais remotos e abrir a possibilidade da utilização por usuários nas mais diversas aplicações, como por exemplo realização de exames residenciais para prevenção de doenças e análise da qualidade da água. Foi demonstrado que é possível utilizar a própria tela do dispositivo para gerar a luz que excita o efeito SPR, o que torna o sistema flexível para modificar o comprimento de onda da luz utilizada e obter informações adicionais em relação aos sistemas convencionais. Os resultados obtidos comprovaram que é possível excitar o efeito SPR através de uma luz policromática para o modo de interrogação angular, encontrando a influência da componente do comprimento de onda desejada através de um filtro realizado por software no sinal de imagem captado. Além disto foi proposta a utilização da análise morfológica da curva SPR para identificação da substância a ser medida, o que reduz a complexidade computacional e aumenta a sensibilidade do instrumento. Os resultados obtidos com a análise morfológica demonstraram a possibilidade de identificação de características não observadas com o monitoramento da condição de ressonância. Com o monitoramento dos valores da largura T e assimetria da curva G , foi possível observar efeitos da variação do soluto e das condições da superfície. Para minimizar o efeito das variáveis espúrias, foi proposto um modelo matemático que permite analisar a relação sinal ruído do sistema decomposto em cada componente básico. Neste modelo foi considerado as variáveis de controles disponíveis, como corrente de injeção e tempo de integração, além da influência da temperatura. Com base neste modelo foi demonstrado que a variação do comprimento de onda da fonte de luz é mais crítica do que a temperatura. Desta forma, foram propostas duas alternativas para controlar a fonte de luz, modificando o valor da corrente para manter constante o comprimento de onda sem a necessidade do controle da temperatura. / This work presents the development of a Surface Plasmon Resonance (SPR) portable system. The proposed solution aims to transform a portable commercial computing device, such as smartphone, tablet or a notebook, in an instrument able to analyze organic and inorganic substances. In this way considerably reduces the cost compared with conventional devices based on SPR , besides providing the use in remote locations and turn possible to applying in several purposes by any users, such as residencial exams for disease prevention and water quality analysis. It was demonstrated the possibility to use the device’s screen to generate the light source for excite the SPR effect, which turns the system flexible to modify the light wavelength used and acquire additional information compared to conventional systems. The results showed that it is possible to excite SPR effect through a polychromatic light to the angular interrogation mode, finding the desired influence of wavelength component using a software filter in captured image signal. Furthermore it was proposed to use SPR curve morphological analysis for substance identification to be measured, which reduces the computational complexity and increases the instrument sensitivity. The morphological analysis results demonstrated the possibility of identify characteristics didn’t observed by monitoring the resonance condition. Monitoring the values of the SPR line broadening Gamma and asymmetry G, it was observed effects of changes in solute and surface conditions. To minimize the spurious variables effect, it was proposed a mathematical model that allow analyze the signal noise relationship of the system that was decomposed in each basic component. In this model was considered the control variables available, as light source’s current and camera integration time, further the temperature influence. Based in this model it was demonstrated that light source wavelength drifts is more critical than temperature effect. Thus it was proposed two ways for control the light source, changing the current for maintain constant the wavelength without temperature control.

Neste trabalho, apresentamos a eletrossíntese de um novo polímero condutor derivado do polipirrol (PPI) funcionalizado com um grupo carboxílico, o polipirrol-2-ácido carboxílico (PPI-2-COOH), e o seu uso como transdutor amperométrico em biossensores pelo uso da polifenol oxidase (PFO). São apresentadas todas as etapas de síntese e de caracterização dos filmes poliméricos em microeletrodos e o preparo e a resposta dos biossensores montados para a detecção de um composto fenólico. Nossos estudos sobre eletrossíntese, respostas eletroquímicas dos filmes, juntamente com resultados de microgravimetria e modelagem molecular de dímeros e trímeros derivados de PI-2-COOH, permitiram com que pudéssemos sugerir pela primeira vez um mecanismo de eletropolimerização deste monômero em meio não aquoso. Na caracterização dos filmes por espectroscopia in situ no UV-visível e infravermelho próximo foram observadas duas bandas idênticas às transições pi-pi* características dos filmes de PPI no seu estado neutro e de maior dopagem, confirmando a possibilidade de haver duas conformações na cadeia do PPI-2-COOH. Com a modelagem molecular de um oligômero formado a partir da oxidação do PI-2-COOH, verificamos que para cada 4 anéis heterocíclicos acoplados entre si na posição 4-5, um par de anéis se encontrava em um plano diferente do segundo par de anéis, mantendo este padrão em toda a extensão da cadeia polimérica. A resposta redox dos filmes nos permitiu observar a preferência do polímero pela entrada de cátions em sua estrutura. Nos espectros de FTIR também comprovamos a presença do grupo carboxílico na estrutura do polímero, o que permitiu uma imobilização enzimática por ligação covalente. A confecção de microeletrodos destinados para a análise por injeção em fluxo (FIA) nos possibilitou uma economia de reagentes, praticidade e boa reprodutibilidade das medidas. Os biossensores amperométricos obtidos pela imobilização covalente da PFO sobre filmes de PPI-2-COOH apresentaram um pH ótimo de funcionamento em 9,4 e um potencial ótimo de trabalho em +70 mV vs Ag/QRE. Finalizamos nosso trabalho obtendo as respostas amperométricas dos biossensores para a detecção de um composto fenólico, pirocatecol, com uma linearidade entre as concentrações de 5x10-4 até 2,5x10-2 mol/L. / In this work, we present the electrochemical synthesis of a new conducting polymer derived of polypyrrole (PPI) functionalized by carboxylic group, the polypyrrole-2-carboxylic acid, and its application as amperometric transducer in biosensor by use of polyphenol oxidase (PFO). All the steps of syntheses and characterization of the polymer film in microelectrodes and response of the biosensor build for detection of phenolic compost. Our study about electrosyntheses, electrochemical response of the films (PPI-2-COOH) together with microgravimetry result and the molecular modeling of dimer and trimer derived from PI-2-COOH allowed one to suggest, for the first time, the mechanism of electropolymerization of this monomer in non-aqueous medium. When the technique of in-situ ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS in-situ) was observed two bands, identical to the transition pi-pi* which are characteristics of the PPI films on their neutral state and of bigger doping, confirming the possibility that there may be two conformations in the PPI-2-COOH chain. With the molecular modeling of an oligomer formed by PI-2-COOH oxidation, we verified that for each four heterocyclic ring coupled together in the position 4-5, there´s a pair of rings, maintaining this pattern in all the extension of the polymeric chain. The redox response through the electrochemical measurement we could observe in FTIR the polymer preference for the cations adsorption. On the FTIR measurements, we could also observe the presence of the carboxylic group in the polymers structure, which is needed for the enzymatic immobilization by covalent binding. The fabrication of the microelectrode destined to flow injection analysis (FIA), made possible not only to save a lot of reagents, but also demonstrated praticity in the experimental set up and good reproducibility of results. Hence, the obtaining of amperometric biosensor by covalent binding of PFO on the PPI-2-COOH film, presented good pH in 9.4 and great work potential in +70 mV vs Ag/AgCl. We finish the work with the amperometric response of the biosensor in the detection of pyrocatechol, forming a straight line between the concentrations of 5x10-4 to 2.5x10-2 mol/L.