Orientador: Prof. Dr. Hugo Barbosa Suffredini / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2016. / O presente trabalho apresenta os estudos da determinacao de pesticidas organofosforados em um sistema interfacial do tipo agua/oleo de soja, a partir da inibicao enzimatica da Fosfatase acida co-imobilizada com Glicose Oxidase em eletrodo modificado com azul da Prussia. Testes inciais sobre a eficiencia da capacidade eletrocatalitica do filme de Azul da Prussia foram feitas a fim de se estabelecer o potencial de trabalho para as deteccoes de glicose 6-fosfato. As analises em fase aquosa retornaram limites de deteccao e quantificacao de 0,443 e 1,478 mol L-1, respectivamente. A sensibilidade do metodo foi calculada como sendo igual a 0,0445. Em relacao ao testes na interface oleo/agua, os limites de deteccao e quantificacao foram de 0,206 e 0,6872 mol L-1 e a sensibilidade do metodo foi encontrada como sendo igual a 0,035. A inibicao enzimatica foi observada a partir da exposicao do biossensor ao pesticida metil paration por 10, 20 e 30 minutos em fase aquosa e no sistema interfacial. Obervou-se nessas analises a eficiencia deste biossensor em detectar tal pesticida diretamente em oleo de soja a partir da aplicacao da tecnica eletroquimica de interface oleo/agua. / This work is related to the detection of organophosphorus pesticides in a water/oil interfacial system by determining the enzymatic inhibition of acid phosphatase co-immobilized with Glucose Oxidase in a modified electrode with Prussian blue. Initial efficiency tests concerning the electrocatalytic capacity of Prussian blue film were carried out, aiming to establish the working potential related to the detection of glucose 6-phosphate. The aqueous phase analyses returned limits of detection and quantification of 0.443 and 1.478 mol L-1, respectively. The sensitivity of the method was calculated as being equal to 0.0445. Concerning the tests in oil/water interface, limits of detection and quantification were calculated as 0.206 and 0.6872 mol L-1 and the sensitivity of the method was obtained as 0.0035. The enzymatic inhibition of the biosensor was observed after a methyl parathion pesticide exposure of 10, 20 and 30 minutes in the aqueous phase and the interfacial system. It was possible to observe that the efficiency of the biosensor on the detection of the pesticide directly into soybean usin the oil/water interface electrochemistry as the main tool.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4417.pdf: 4764292 bytes, checksum: f843bb063e4e62585bcaf3a316f53db2 (MD5) Previous issue date: 2012-06-22 / Universidade Federal de Minas Gerais / First, a glassy carbon electrode modified with functionalized carbon nanotubes (CNTs) and glucose oxidase was proposed. Cyclic voltammetry of GOx immobilized onto the surface of CNTs showed a pair of well-defined redox peaks, which corresponds to the direct electron transfer of GOx, with a formal potential of -0.418 V in 0.1 mol L-1 phosphate buffer solution (pH 7.0). An apparent heterogeneous electron transfer rate constant of 1.69 s-1 was obtained. The determination of glucose was carried out by square wave voltammetry and the developed biosensor showed good reproducibility and stability. The second biosensor was a boron-doped diamond electrode modified with AuNPs electrodeposited and Tyrosinase (Tyr). The occurrence of direct electron transfer between the electrode surface and the Tyr active site was verified by cyclic voltammetry, yielding the following parameter values: formal redox potential of 0.115 V. The developed Tyr-AuNPs/BDD biosensor exhibits good sensitivity, stability, and reproducibility for the determination of phenol by SWV. The third proposed biosensor was developed based on acetylcholinesterase, gold nanoparticles and poly (allylamine hydrochloride) film on the surface of screen printed carbon electrodes (SPCE) for the determination of pesticides using a portable micromachined flow injection system. The AChE-AuNPs/SPCE biosensor presented a limit of detection of 5.0 x 10-8 mol L-1 for Diuron. In addition, the biosensor showed good sensitivity, stability and reproducibility for Diuron determination in water samples. Finally, a novel electrochemical immunosensor using electrodeposited gold nanoparticles modified-screen-printed carbon electrodes (AuNPs/SPCEs) was developed for the determination of prolactin.The variables involved in the preparation of the immunosensor and the electrochemical detection step were optimized, which presented a limit of detection of 10 ng mL-1. The analytical usefulness of the immnunosensor for the analysis of real samples was demonstrated by analyzing human serum spiked with PRL at two different concentration levels. / Primeiramente desenvolveu-se uma nova arquitetura de um biossensor para glicose utilizando-se a enzima glicose oxidase (GOx) imobilizada em nanotubos de carbono funcionalizados (CNTs) e dihexadecil hidrogenio fosfato (DHP) sobre a superficie de carbono vitreo (GCE). Resultados de voltametria ciclica apresentaram um par de picos redox bem definidos, correspondente a transferencia eletronica direta da GOx para o eletrodo, com o potencial formal de -0,418 V (vs. Ag/AgCl (KCl 3,0 mol L-1)). O biossensor foi aplicado na determinacao de glicose, o qual mostrou boas reprodutibilidade, estabilidade e seletividade. O segundo biossensor desenvolvido foi aquele utilizando-se a enzima tirosinase (Tyr) imobilizada em nanoparticulas de ouro sobre a superficie de um eletrodo de diamante dopado com boro. Resultados de voltametria ciclica apresentaram um par de picos redox bem definidos, correspondente a transferencia eletronica direta da Tyr. As determinacoes de fenol foram realizadas por SWV e o biossensor proposto apresentou um limite de deteccao de 0,07 μmol L-1. Em sequencia foi proposto um biossensor para a determinacao de pesticidas utilizando-se a enzima acetilcolinesterase imobilizada sobre filme de nanoparticulas de ouro e hidrocloreto de polialilamina sobre a superficie de eletrodos de carbono impresso (SPCE). O eletrodo AChE-AuNPs/SPCE apresentou um limite de deteccao de 5,0 x 10-8 mol L-1 para Diuron, alem de boa estabilidade e reprodutibilidade para a determinacao do pesticida por amperometria. Por fim foi proposto tambem um imunossensor usando nanoparticulas de ouro eletrodepositadas sobre eletrodos de carbono impresso (AuNPs/SPCEs) para a determinacao de prolactina. Os anticorpos antiprolactina biotinilada foram imobilizados em AuNPs/SPCEs modificados com estreptavidina em um imunoensaio do tipo sanduiche envolvendo o analito e um anticorpo antiprolactina marcado com fosfatase alcalina (AP). O imunossensor proposto apresentou um limite de deteccao de 10 ng mL-1 e foi aplicado com sucesso em amostras de soro humano enriquecido com prolactina comprovando a eficacia do procedimento proposto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5421.pdf: 1977328 bytes, checksum: 1fdb74c2df039b25a8f5d6b1dc05e54c (MD5) Previous issue date: 2013-06-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work was described the development of new architectures for biosensors, using nanomaterials. The enzyme of interest was immobilized on glassy carbon electrode modified with multi-walled carbon nanotubes chemically treated and/or gold nanoparticles within a dihexadecylphosphate or poly(allylamine hydrochloride) film. Initially, a glassy carbon electrode (GCE) modified with functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIM) and tyrosinase (Tyr) within a dihexadecylphosphate (DHP) film for the development of a biosensor was proposed. MWCNTs, BMIM and Tyr were efficiently immobilized in the film using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide/N-hydroxysuccinimide as crosslinking agents. The film characterization was realized by cyclic voltammetry (CV) in presence of catechol. The BMIM-MWCNTs nanocomposite showed good conductivity and biocompatibility with Tyr enzyme, once that the biosensor presented biocatalytic activity to the oxidation of catechol to o-quinone which was electrochemically reduced to catechol at a potential of 0.04 V. The Tyr-BMIMMWCNTs- DHP/GCE biosensor showed wide linear range, good repeatability, sensitivity and stability and, the biosensor was successfully applied in the determination of catechol in natural water samples. The second developed biosensor was based on the modification of a GCE with gold nanoparticles (AuNPs) and Tyr within a DHP film. The enzyme immobilization was performed using cystamine and glutaraldehyde as crosslinking agents. Amperometry technique was used to obtain the analytical curve that showed linear in the concentration of catechol in the range from 2.49 × 10−6 to 9.50 × 10−5 mol L−1 with a detection limit of 1.74 × 10−7 mol L−1. The Tyr-AuNPs-DHP/GCE biosensor was applied in the determination of catechol in water samples from the UFSCar Dam. The results were satisfactory when compared with a spectrophotometric method at a 95% confidence level. Finally, the modification of a GCE with MWCNTs and AuNPs within a poly(allylamine hydrochloride) (PAH) film for the development of a novel biosensor was proposed. This approach provided an efficient method used to immobilize polyphenol oxidase (PPO) obtained from the crude extract of sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.). The principle of the analytical method is based on the inhibitory effect of sulfite on the activity of PPO, in the reduction reaction of o-quinone to catechol and/or the reaction of o-quinone with sulfite. Under the optimum experimental conditions using the differential pulse voltammetry technique, the analytical curve obtained was linear in the concentration range of sulfite from 5.0 × 10−7 to 2.2 × 10−5 mol L−1 with a detection limit of 4.0 × 10−7 mol L−1. The biosensor was successfully applied in the determination of sulfite in white and red wine samples with results in close agreement with those results obtained using a reference iodometric method at a 95% confidence level. / Neste trabalho descreve-se o desenvolvimento de novas arquiteturas para biossensores utilizando materiais nanoestruturados. A enzima de interesse foi imobilizada sobre um eletrodo de carbono vítreo modificado com nanotubos de carbono de paredes múltiplas tratados quimicamente e/ou nanopartículas de ouro em filme de dihexadecil hidrogenofosfato ou hidrocloreto de poli(alilamina). Inicialmente, foi proposto um eletrodo de carbono vítreo (GCE) modificado com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) funcionalizados, cloreto de 1-butil-3-metil-imidazol (BMIM) e tirosinase (Tyr) em filme de dihexadecil hidrogenofosfato (DHP) para o desenvolvimento de um novo biossensor. Os MWCNTs, BMIM e Tyr foram eficientemente imobilizados no filme usando 1etil-3-(3- dimetilaminopropil) carbodiimida e N-hidroxisuccinimida, como agentes de reticulação. A caracterização do filme foi feita por voltametria cíclica (CV) em presença de catecol. O nanocompósito BMIM-MWCNTs exibiu boa condutividade e biocompatibilidade com a enzima Tyr, uma vez que o biossensor mostrou atividade biocatalítica para a oxidação de catecol a o-quinona, que foi reduzida eletroquimicamente para catecol em um potencial de 0,04 V. O biossensor Tyr- BMIM-MWCNTs-DHP/GCE apresentou ampla faixa linear, boa repetibilidade, sensibilidade e estabilidade sendo aplicado com sucesso na determinação de catecol em amostras de águas naturais. O segundo biossensor desenvolvido, baseou-se na modificação de um GCE com nanopartículas de ouro (AuNPs) e Tyr em filme de DHP. A imobilização enzimática foi realizada utilizando-se cistamina e glutaraldeído como agentes de reticulação. A técnica amperométrica foi utilizada para obtenção da curva analítica que apresentou uma faixa linear na concentração de catecol de 2,49 × 10−6 a 9,50 × 10−5 mol L−1 e um limite de detecção de 1,74 × 10−7 mol L−1. O biossensor Tyr-AuNPs-DHP/GCE foi aplicado na determinação de catecol em amostras de águas naturais, da represa da UFSCar. Os resultados foram concordantes quando comparados com as concentrações obtidas empregando-se um método espectrofotométrico de referência em um nível de confiança de 95%. Por fim, foi proposta a modificação de um GCE com MWCNTs e AuNPs em filme de hidrocloreto de poli(alilamina) (PAH) para o desenvolvimento de um biossensor. Esta abordagem proporcionou um método eficiente usado para imobilizar a enzima polifenol oxidase (PPO), obtida a partir do extrato bruto de batata doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.). O princípio do método analítico baseia-se na inibição da atividade da PPO pelo sulfito, na reação de redução da o-quinona para catecol e/ou na reação entre o-quinona e sulfito. Empregando-se as melhores variáveis experimentais para a técnica de voltametria de pulso diferencial, a curva analítica obtida foi linear no intervalo de concentração de sulfito de 5,0 × 10−7 a 2,2 × 10−5 mol L−1 com um limite de detecção de 4,0 × 10−7 mol L−1. O biossensor foi aplicado com sucesso na determinação de sulfito em amostras de vinho branco e tinto com resultados satisfatórios em comparação com um método iodométrico de referência em um nível de confiança de 95%.

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-09-23Bitstream added on 2015-03-03T12:06:41Z : No. of bitstreams: 1 000807295.pdf: 3583048 bytes, checksum: fdee183b1980bd367edef326f55c9425 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho investigou-se o uso de diversos materiais e arquiteturas de filmes finos na produção de dispositivos eletrônico-orgânicos para aplicações sensoriais em meio aquoso. Foram estudados dispositivos orgânicos do tipo capacitor MIS (metal-isolante-semicondutor), transistores de efeito de campocom eletrólito no gate (EGOFETs, na sigla em inglês) e transistores eletroquímicos (OECTs, na sigla em inglês). Diversos dielétricos como poliestireno (PS), poli(metilmetacrilato) (PMMA), poli(vinilideno fluoreto-co-trifluor eltileno) (PVDF-TrFE) e poli(fenil-metilsilsesquioxano) (PSQ) foram avaliados na produção de capacitores MIS contendo poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) como semicondutor com o objetivo final de produzir transitores de efeito de campo sensíveis a íons (ISOFETs, na sigla em inglês). Capacitores MIS com boas propriedades elétricas puderam ser obtidos utilizando PS/P3HT, entretanto, resultados indicaram sua ineficiênciaem água, o que levou ao desenvolvimento de EGOFETSs e OECTs. EGOFETs e OECTs se mostraram alternativas muito mais atuais, atraentes e eficientes para a operação em meio líquido. Foram fabricados EGOFETs de P3HT e pentaceno e OECTs de poli(3,4-elilenodioxitiofeno):poli(estirenofulfonado) (PEDOT:PSS) sobre substratos flexíveis e rígidos. EGOFETs de pentaceno foram utilizados na produção de biossensores para a detecção de biomarcadores (interleucinas 4 e 6) relacionados a processos inflamatórios. Estes biossensores foram produzidos através da modificação do gate do dispositivo por monocamadas automontadas de Proteína G e anticorpos de interleucina 4 e 6. Biossensores EGOFETs se mostraram aptos a detectar, de maneira específica, interleucinas em concentrações em torno 5-7 nano mol/L. Por fim, as características de operação de EGOFETs foram ainda avaliadas mediante o uso de filmes automontados (LbL, na sigla em inglês). Esta tese tem como objetivo colaborar com o desenvolvimento de... / In this a number of materials and thin film architectures have been investigated in the production of organic electronic devices for sensing applications in aqueous medium. Organic devices such as MIS ( metal- isulator-semiconductor) capacitors, electrolyte-gated organic field-effect transistors 9EGOFETs) and organic electrochemical transistors (OECTs) have been studied. Several dielectric materials such as polystyrene (PS), poly(methyl methacrylate) (PMMA), poly(vinylidenefluoride-co-trifuoroethylene) (PVDF-TrFE) and poly(phenylmethylsilsesquioxane) (PSQ) have been evaluated in the production of MIS capacitors containing poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as semiconducting material for the purpose of the development of an ion-sensitive organic field-effect transistor (ISOFET). PS/P3HT-based MIS capacitors exhibited good electrical, however, results pointed out their inefficiency when operated in water, which led to development of EGOFETs and OECTs have shown to be more modern, attractive and efficiency alternatives for sensing in liquids, thus, P3HT and pentacene-based EGOFETs and poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)-based OECTs have been fabricated onto flexibe and rigid substrates. Pentacene EGOFETs have been used to produce biosensors to detect biomarkers (interleukins 4 and 6) related to inflammation. These bionsensors have been produced exploiting their gate electrode modification by self-assembled monolayers of Protein G and interleukin 4 and 6 anbtibodies. EGOFET biosensors have shown to be able to detect, in a specific manner, interleukins in concentration as low as 5-7 nano mol/L. At last, the operational characteristics of EGOFETs have been assessed using layer-by-layer ultrathin films. This thesis has the main purpose to contribute to the development of new sensors and biosensors based on organic electronic devices

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.

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-10-13T13:34:46Z No. of bitstreams: 1 DissGGIR.pdf: 2422738 bytes, checksum: f8e990325874e84e9c54a573f901f2c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-10-14T18:38:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGGIR.pdf: 2422738 bytes, checksum: f8e990325874e84e9c54a573f901f2c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-10-14T18:38:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGGIR.pdf: 2422738 bytes, checksum: f8e990325874e84e9c54a573f901f2c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T18:46:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissGGIR.pdf: 2422738 bytes, checksum: f8e990325874e84e9c54a573f901f2c7 (MD5) Previous issue date: 2016-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In this work, carbon black Vulcan XC-72R was functionalized using five different treatments, the oxidizing agents employed were: nitric acid, sulfuric acid and hydrogen peroxide. The physical characterization of functionalized samples was carried out using scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. The results suggested that the treatments did not significantly alter the morphology of the material in most cases and showed an increase in the number of defects attributed to the introduction of oxygenated functional groups. Glassy carbon electrodes (GCE) were modified with aqueous dispersions of materials in dihexadecyl hydrogen phosphate (DHP). For the electrochemical characterization of the electrodes were performed studies of cyclic voltammetry employing the probe potassium hexacyanoferrate (III). For all cases there was an increase in the electroactive area as a result of the functionalization. Subsequently, the response of the electrodes to different analytes (dopamine, catechol, paracetamol and hydroquinone) was evaluated, the electrode modified in a mixture of nitric and sulfuric acid 1:1 (CB–HNO3/H2SO41:1–DHP/GCE) showed the highest analytical signal for the different compounds tested. Calibration curves were constructed for the determination of dopamine using the GCE electrode, the electrode prepared with unmodified CB (CB–DHP/GCE) and the CB–HNO3/H2SO41:1–DHP/GCE electrode, the sensitivities of the analytical curves (angular coefficients of the analytical curves) were: 0.334, 3.65 and 6.54 A cm−2 L mol−1, respectively. These results show a significant increase in sensitivity as a result of the functionalization xvii of CB suggesting an advantage over the use of unmodified material for electroanalytical applications. Then, an analytical procedure for the determination of sodium benzoate (sodium salt of benzoic acid) based on enzyme inhibition was developed, where the tyrosinase enzyme was immobilized at the surface of the CB– HNO3/H2SO41:1–DHP/GCE electrode (biosensor). Studies of the inhibition mechanism and optimization of operating conditions were performed. The corresponding analytical curves had linear concentration ranges between 4.90 × 10−7 and 1.92 × 10−5 mol L−1 and a detection limit of 2.1 × 10−7 mol L−1. / Neste trabalho funcionalizou-se o carbon black Vulcan XC-72R utilizando-se cinco tratamentos diferentes, empregando como agentes oxidantes: ácido nítrico, ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio. A caracterização física das amostras funcionalizadas foi realizada empregando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Raman. Analisando-se os resultados obtidos tem-se que os tratamentos ácidos não alteraram significativamente a morfologia do material. Por outro lado, este tratamento proporcionou um aumento do número de defeitos atribuídos à introdução de grupos funcionais oxigenados. Foram modificados eletrodos de carbono vítreo (do inglês, glassy carbon electrode, GCE) com dispersões aquosas dos materiais em dihexadecil hidrogenofosfato (DHP). Para a caracterização eletroquímica dos eletrodos foram realizados estudos de voltametria cíclica empregando-se a sonda hexacianoferrato de potássio (III). Em todos os casos houve aumento da área eletroativa do eletrodo como consequência da funcionalização do material de carbono. Posteriormente, avaliou-se a resposta dos eletrodos frente a diferentes analitos (dopamina, catecol, paracetamol e hidroquinona), o eletrodo modificado em mistura de ácido nítrico e sulfúrico 1:1 (CB–HNO3/H2SO41:1–DHP/GCE) apresentou maior sinal analítico para os diferentes compostos investigados. Foram construídas curvas de calibração para a determinação de dopamina utilizando o eletrodo GCE, o eletrodo preparado com CB sem funcionalizar (CB–DHP/GCE) e o eletrodo CB–HNO3/H2SO41:1– DHP/GCE. As sensibilidades (coeficientes angulares das curvas analíticas) foram xv 0,334, 3,65 e 6,54 A cm−2 mol L−1, respectivamente. Estes resultados mostram um aumento significativo da sensibilidade como consequência da funcionalização do CB, sugerindo uma vantagem sobre o uso do material sem modificação para aplicações eletroanalíticas. Em seguida de denvolveu-se um procedimento analítico para a determinação de benzoato de sódio (sal de sódio do ácido benzoico) baseado na inibição enzimática da tirosinase imobilizada na superfície do eletrodo CB– HNO3/H2SO41:1–DHP/GCE (biossensor). Foram realizados estudos de mecanismo de inibição e otimização das condições de operação. A curva analítica correspondente apresentou uma faixa linear de concentração de 4,90 × 10−7 a 1,92 × 10−5 mol L−1 e um limite de detecção de 2,1 × 10−7 mol L−1 .

Orientador: Marystela Ferreira / Coorientador: Neri Alves / Banca: José Alberto Giacometti / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Dante Luis Chinaglia / Banca: Antonio Riul Júnior / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia dos Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Neste trabalho investigou-se o uso de diversos materiais e arquiteturas de filmes finos na produção de dispositivos eletrônico-orgânicos para aplicações sensoriais em meio aquoso. Foram estudados dispositivos orgânicos do tipo capacitor MIS (metal-isolante-semicondutor), transistores de efeito de campocom eletrólito no gate (EGOFETs, na sigla em inglês) e transistores eletroquímicos (OECTs, na sigla em inglês). Diversos dielétricos como poliestireno (PS), poli(metilmetacrilato) (PMMA), poli(vinilideno fluoreto-co-trifluor eltileno) (PVDF-TrFE) e poli(fenil-metilsilsesquioxano) (PSQ) foram avaliados na produção de capacitores MIS contendo poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) como semicondutor com o objetivo final de produzir transitores de efeito de campo sensíveis a íons (ISOFETs, na sigla em inglês). Capacitores MIS com boas propriedades elétricas puderam ser obtidos utilizando PS/P3HT, entretanto, resultados indicaram sua ineficiênciaem água, o que levou ao desenvolvimento de EGOFETSs e OECTs. EGOFETs e OECTs se mostraram alternativas muito mais atuais, atraentes e eficientes para a operação em meio líquido. Foram fabricados EGOFETs de P3HT e pentaceno e OECTs de poli(3,4-elilenodioxitiofeno):poli(estirenofulfonado) (PEDOT:PSS) sobre substratos flexíveis e rígidos. EGOFETs de pentaceno foram utilizados na produção de biossensores para a detecção de biomarcadores (interleucinas 4 e 6) relacionados a processos inflamatórios. Estes biossensores foram produzidos através da modificação do gate do dispositivo por monocamadas automontadas de Proteína G e anticorpos de interleucina 4 e 6. Biossensores EGOFETs se mostraram aptos a detectar, de maneira específica, interleucinas em concentrações em torno 5-7 nano mol/L. Por fim, as características de operação de EGOFETs foram ainda avaliadas mediante o uso de filmes automontados (LbL, na sigla em inglês). Esta tese tem como objetivo colaborar com o desenvolvimento de... / Abstract: In this a number of materials and thin film architectures have been investigated in the production of organic electronic devices for sensing applications in aqueous medium. Organic devices such as MIS ( metal- isulator-semiconductor) capacitors, electrolyte-gated organic field-effect transistors 9EGOFETs) and organic electrochemical transistors (OECTs) have been studied. Several dielectric materials such as polystyrene (PS), poly(methyl methacrylate) (PMMA), poly(vinylidenefluoride-co-trifuoroethylene) (PVDF-TrFE) and poly(phenylmethylsilsesquioxane) (PSQ) have been evaluated in the production of MIS capacitors containing poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as semiconducting material for the purpose of the development of an ion-sensitive organic field-effect transistor (ISOFET). PS/P3HT-based MIS capacitors exhibited good electrical, however, results pointed out their inefficiency when operated in water, which led to development of EGOFETs and OECTs have shown to be more modern, attractive and efficiency alternatives for sensing in liquids, thus, P3HT and pentacene-based EGOFETs and poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)-based OECTs have been fabricated onto flexibe and rigid substrates. Pentacene EGOFETs have been used to produce biosensors to detect biomarkers (interleukins 4 and 6) related to inflammation. These bionsensors have been produced exploiting their gate electrode modification by self-assembled monolayers of Protein G and interleukin 4 and 6 anbtibodies. EGOFET biosensors have shown to be able to detect, in a specific manner, interleukins in concentration as low as 5-7 nano mol/L. At last, the operational characteristics of EGOFETs have been assessed using layer-by-layer ultrathin films. This thesis has the main purpose to contribute to the development of new sensors and biosensors based on organic electronic devices / Doutor

Orientador: Paulo Roberto Bueno / Coorientador: Flávio Cesar Bedatty Fernandes / Banca: Maria Del Pilar Taboada Sotomayor / Banca: Paulo Inácio da Costa / Resumo: O sucesso no tratamento de muitos tipos doenças passa pela detecção seletiva e sensível de biomarcadores proteicos que permitam um diagnóstico precoce. A dengue é uma doença infecciosa de diagnóstico clínico impreciso e diagnóstico laboratorial demorado e custoso, a qual não possui tratamento ou vacina efetivos. Portanto se requer de ferramentas diagnósticas precisas, baratas e portáveis que permitam o diagnóstico rápido para realizar um tratamento adequado de sintomas e identificar os focos infecciosos para prevenir o espalhamento da doença. Um biomarcador útil na detecção da dengue, é a proteína NS1 que vem sendo utilizada com sucesso em diferentes plataformas de diagnóstico. Porém, nenhuma das plataformas oferecidas a nível comercial, consegue combinar a precisão, portabilidade, baixo custo e facilidade de manuseio. Portanto, o melhoramento de ditas ferramentas é o foco de bastantes pesquisas. Neste trabalho se apresenta uma plataforma que se amostra útil para a detecção de diferentes biomarcadores, incluindo a proteína NS1. Esta plataforma combina o uso de uma técnica eletroquímica como é a Espectroscopia de Capacitância Eletroquímica (ECE), com o uso de peptídeos redox e está baseada na funcionalização de eletrodos de ouro mediante formação de monocamadas auto-organizadas (SAM) confeccionadas com um peptídeo redox (Fc-Glu-Gli-Ser-Gli-Ser-Cys) desenhado para ser ancorado em superfícies metálicas, ao mesmo tempo que tem capacidade de ancorar uma sonda redox e um biorecepto... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Success in the treatment of many kinds of illnesses depends on the selective and sensitive detection of protein biomarkers that allow an early diagnosis. Dengue is and infectious disease of imprecise clinical diagnostic and delayed and expensive laboratorial diagnostic. This disease does not have an effective vaccine or treatment. Therefore, precise, cheap and portable diagnostic tools are necessary to allow a fast diagnostic in order to treat the symptoms, identify focuses of infection, and thus prevent the spreading of the disease. A useful biomarker in the detection of dengue is the protein NS1, which has been successfully used in different diagnostic platforms. However, none of the commercially available platforms combines precision, portability, low cost and user friendliness. Consequently, the improvement of such tools is object of ample research. This work, introduces a platform, which is useful for the detection of various biomarkers, including the protein NS1. This platform combines the usage of an electrochemical technique such as Electrochemical Capacitance Spectroscopy (ECS) and the use of redox peptides. It is based in the functionalization of gold electrodes through formation of Self Assembled Monolayers (SAM) formed by a redox peptide (Fc-Glu-Gli-Ser-Gli-Ser-Cys) designed to bind to metallic surfaces as well as to anchor a redox probe and a bioreceptor in the same structure/molecule. It presents the additional advantage of forming anti-fowling SAMs, which is a ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

The prostate cancer in initial stages is completely asymptomatic. It is detected in routine exams by digital rectal exam. The diagnosis by PSA must be followed by a rectal ultrasonography being necessary the development of diagnostic platforms that may generate fast results with specificity, sensibility and low costs, features found on biological sensors. Among these biosensors, there are those based on DNA. Polymers as poly(aminophenols) are support matrices and can be used for the immobilization of biomolecules due to their features such as excellent permeability, selectivity, reproducibility and fast response. It was possible the electropolymerization of 2-aminophenol and 3-aminophenol. This polymer presents a self-limited growth and non-conducting behavior, confirmed in solution containing the redox pair Fe2+/Fe3+ while that polymer presents a polymeric film with conducting properties. These data are corroborated by EIS through analysis of resistance values, low for poly(2-aminophenol) and high for poly(3-aminophenol). Measurements of mass made by MECQ points a greater amount of polymeric film for poly(3-aminophenol) than for poly(2-aminophenol). Increasing the pH values results in a shift on the potential of the monomer oxidation to more cathodic potentials and a decreasing on the current values. SEMs and AFMs show rough films with different thickness, thinner to poly(3-aminophenol). FTIR results suggest possible polymerization through NH2 with the presence of free OH bands, due to the possibility of C-N-C bounds of secondary aromatic amines. The detection of purinic and pyrimidinic bases, isolated and in a mix, was possible showing that the interactions between them and the polymeric films occur by a similar mechanism. Experiments of immobilization of prostate cancer specific PCR products, with 277 base pairs were performed, denatured and hybridizated with ferrocenecarboxyaldheyde as mediator for the detection process. It is possible the construction of modified electrodes with polymeric films derived from 2-aminophenol and 3-aminophenol, presenting distinct spectroscopic and electrochemical properties. The polymers can be used as DNA nitrogenated bases detection matrices and they have the possibility of being used for biosensor construction. / O câncer de próstata em estágio inicial é completamente assintomático, só sendo detectado em exames de rotina pelo exame de toque retal. Os diagnósticos pelo PSA ainda devem ser seguidos de uma ultrasonografia retal, sendo necessário o desenvolvimento de plataformas diagnósticas que possam gerar resultados com rapidez, especificidade, sensibilidade e baixo custo, características encontradas nos sensores biológicos. Dentre esses biossensores, existem aqueles baseados em DNA. Polímeros, tais como poli(aminofenóis) são matrizes suporte e podem ser utilizadas para a imobilização de biomoléculas devido às características que apresentam, tais como, excelente permeabilidade, seletividade, reprodutibilidade e tempo de resposta rápida. Foi possível a eletropolimerização de 2-aminofenol e 3-aminofenol. O polímero deste apresenta um crescimento auto-limitado e características não-condutoras, confirmadas em solução contendo o par redox Fe2+/Fe3+ enquanto que o polímero daquele apresenta um filme polimérico com características condutoras. Esses dados são corroborados por EIE, através de análise dos valores de resistência, baixos para o poli(2-aminofenol) e altos para o poli(3-aminofenol). Medidas de massa realizadas por MECQ indicam uma maior quantidade de filme polimérico formado para o poli(3-aminofenol) do que para o poli(2-aminofenol). Aumentando o pH das soluções ocorre um deslocamento no potencial de oxidação do monômero para potenciais mais catódicos e uma diminuição nos valores de corrente. MEVs e MFAs mostram filmes com características rugosas e espessuras diferentes, mais finos para o poli(3-aminofenol). Os resultados por FTIR sugerem possível polimerização via NH2 com presença de bandas de -OH livres, pela possibilidade de ligações tipo C-N-C de bandas de aminas aromáticas secundárias. A detecção das bases purínicas e pirimidínicas isoladas e em uma mistura única foi possível mostrando que as interações entre elas e os filmes poliméricos ocorrem por um mecanismo similar. Foram realizados experimentos de imobilização dos produtos de PCR específicos para câncer de próstata, com 277 pares de base, desnaturados e hibridizados, com a utilização do ferrocenocarboxialdeído como mediador do processo de detecção. É possível a construção de eletrodos modificados com filmes poliméricos derivados de 2-aminofenol e 3-aminofenol, apresentando características espectroscópicas e eletroquímicas distintas. Os polímeros podem ser usados como matrizes de detecções de bases nitrogenadas de DNA e para construção de biossensores. / Mestre em Química

Neste trabalho relata-se pela primeira vez a determinação de adenosina por um biossensor baseado em tirosinase. O biossensor foi desenvolvido mediante a modificação de um eletrodo de carbono impresso (SPE) com nanopartículas de ouro (AuNPs), tirosinase (Tyr) e Nafion, denominado biossensor Nafion/Tyr/AuNPs/SPE. As AuNPs sintetizadas possuem diâmetro médio de 15,0 ± 1,1 nm e sua função é melhorar a via de condução de elétrons entre a enzima e o eletrodo. Utilizou-se o aprisionamento com filme Nafion® para evitar a lixiviação enzimática da superfície do eletrodo. A tirosinase imobilizada apresentou boa atividade frente ao substrato catecol. Verificou-se que a adenosina atua como um inibidor do tipo não-competitivo. O biossensor é estável durante pelo menos 45 dias. Além disso, foi realizada a eletro-oxidação da adenosina para sua determinação. O biossensor apresenta sensibilidade superior em comparação com SPE, AuNPs/SPE e Nafion/AuNPs/SPE. As curvas de calibração revelaram duas faixas lineares para as concentrações de adenosina, de 1,0 × 10-5 mol L-1 até 5,0 × 10-5 mol L-1 e entre 6,0 × 10-5 mol L-1 e 1,2 × 10-4 mol L -1. O limite de detecção (3 × (desvio padrão + média dos brancos)/coeficiente angular da curva) foi de 7,0 × 10-7 mol L-1. / In this work we report for the first time the determination of adenosine by a biosensor based on tyrosinase. The biosensor was developed by modifying a screen-printed carbon electrode (SPE) with gold nanoparticles (AuNPs), tyrosinase (Tyr) and Nafion, denoted as Nafion/Tyr/AuNPs/SPE biosensor. The synthesized AuNPs have a mean diameter of 15.0 ± 1.1 nm and their function is to improve the electron conduction pathway between the enzyme and the electrode. The entrapment with Nafion® film was selected to prevent the enzyme lixiviation from the electrode surface. Immobilized tyrosinase showed good activity with the catechol substrate. It was found that adenosine acts as a non-competitive type inhibitor. The biosensor is stable for at least 45 days. In addition, the electro-oxidation of adenosine was performed for its determination. The biosensor has superior sensitivity compared to SPE, AuNPs/SPE and Nafion/AuNPs/SPE. Calibration curves revealed two linear ranges for adenosine concentrations of 1,010-5 mol L-1 up to 5,010-5 mol L-1 and from 6,010-5 mol L-1 to 1,210-4 mol L-1. The detection limit (3 × (standard deviation + mean of blanks)/slope of the curve) was 7,010-7 mol L-1.