Este trabalho consiste em estudar o comportamento eletroquímico de biomoléculas imobilizadas sobre o eletrodo de carbono vítreo, utilizando materiais biocompatíveis como meios imobilizadores para detecções em meios aquosos. Foram utilizados inicialmente compósitos de hidrogéis capazes de auxiliar a permanência da enzima sobre a superfície do eletrodo e beneficiar a transferência de carga entre a enzima e o eletrodo de trabalho. Para melhorar a resposta eletroquímica do biossensor, também foram estudados métodos que utilizam líquidos iônicos no processo de imobilização da enzima. Deste modo a eletroatividade da enzima foi inicialmente estudada por voltametria cíclica, a fim de evidenciar tal eletroatividade no meio totalmente iônico, como também avaliar o melhor método de imobilização, para futuras aplicações em detecções de analitos. Os líquidos iônicos utilizados são compostos por cátions alquil-imidazol com ânions de natureza orgânica ou inorgânica. Como se sabe os íons que compõem o líquido iônico podem distinguir sua funcionalidade, pois é o tamanho desses íons que influencia na maioria das suas propriedades físico-químicas, tais como hidrofobicidade e viscosidade. / The aim of this work is to study the electrochemical behavior of biomolecules immobilized on a glassy carbon electrode, using biocompatible materials as a way for immobilizing detection in aqueous media. Initially, hydrogels composite were used because they are able to assist the permanence of the enzyme on the electrode surface and they are benefit to the charge transfer between enzyme and electrode surface. To improve the electrochemical response of the biosensor, methods using ionic liquids in the process of immobilization of the enzyme were also studied. Thus the electroactivity of the enzyme was initially analyzed by cyclic voltammetry in order to show that the electroactivity remains in an entirely ionic media, as well as evaluating the best method of immobilization, for future applications in biosensors. The ionic liquids used are composed of imidazole-alkyl cations with anions of organic or inorganic nature. As it is well known, the ions in the ionic liquid can distinguish its functionality, due to the fact that it is the size of these ions that influences most on their physicochemical properties such as hydrophobicity and viscosity.

Made available in DSpace on 2015-12-06T23:03:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Fundo de Auxílio aos Docentes e Alunos (FADA) / Programa de Apoio a Núcleos de Excelência (PRONEX) / A mitocondria e importante no processo de manutencao da homeostase do calcio, na manutencao do potencial de membrana do neuronio, no processo de apoptose e na formacao de radicais livres (RL). Essas caracteristicas relacionam a mitocondria com a excitotoxicidade vista na epilepsia .Lesoes do DNA mitocondrial (DNAmt) via lesao oxidativa sao vistas em varias doencas sendo presumivel seu) aparecimento na epilepsia pela presenca de RL, ja largamente documentada nessa patologia. Nosso objetivo, no presente estudo, foi avaliar o possivel envolvimento da mitocondria no processo de epileptogenese, no modelo de epilepsia do lobo temporal induzido por pilocarpina. Para tanto, nos propusemos al avaliar o aparecimento de alteracoes do DNAmt, bem como o ocorrencia del disfuncoes de proteinas da cadeia respiratoria. Delecoes ou alteracoes da quantidade das moleculas de DNAmt e disfuncoes da citocromo c oxidade e na succinato desidrogenase foram estudadas em hipocampos de ratos submetidos ao modelo de epilepsia induzida por pilocarpina, com as tecnicas de Southern Blot ,I PCR, histoquimica, Western Blot e Imunohistoquimica. Foram utilizados animais) durante a fase cronica do modelo, quando inicia-se o aparecimento de crises) espontaneas e recorrentes. A analise do DNAmt nao mostrou deplecao ou um aumento de delecoes dos DNAmt nos animais experimentais. Esses dados sugerem que danos do DNAmt nao estejam envolvidos na patogenese da epilepsiaa(au) / Mitochondria have important fuctions in intracellular calcium homeostases, maintenance of neuronal membrane potential, apoptotic signalling and in free radicals production. These features may link mitochondria to a possible role on epilepsy excitotoxicity. Mitochondrial DNA (mtDNA) damage by oxidative lesions are observed in many diseases and it is supposed to occur in epilepsy due to the well stabilished presence of free radicals in this disease. Our aim in this study was to evaluate the possible role of mitochondria in epilepy. The study was performed in the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy by studying mtDNA and respiratory chain proteins abnormalities. Deletions or quantitative alterations of mtDNA and dysfuntion of cytocrome c oxidase and succinate dehydrogenase were studied with Southern Blot, polymerase chain reaction (PCR), histochemistry, imunohistochemistry and Western Blot techniques. The animals were in chronic phase of the PILO model of epilepsy when spontaneous and recurrent seizures begin to occur. No mtDNA depletion was observed and increased frequency of mtDNA damage was not detected in epileptic animals. These data do not support the involvement of mtDNA damage in the pathogenesis epilepsy. The expression and distribution of the respiratory chain proteins (COX I, COX IV, SDH) enzymes studied were similar in both groups (control and epileptic animals) in the hippocampus. Furthermore, no difference in COX activity was observed by hystochemistry. The preservation of mtDNA and respiratory chain proteins show a relative maintenance of basal metabolism in epileptic hippocampus. Such data is reinforced by previous study that show no changes in glucose utilization in the chronic phase of this same model of epilepsy. It has been reported that NA+/K+ ATPase is upregulated in epilepsy, and this enzyme is crucial to the maintenance of membrane potential. In addition, this enzyme is highly dependent of mitochondrial ATP production. Considering that NA+/K+ ATPase is upregulated in epilepsy, we would expect a propotional increase in mitochondrial activity to mantain ATPase well function. However, our data do not demonstrate this increase in activity, which could indicate abnormalities in the link between energetic need and mitochondrial function. This hypothesis could be a possible target for future studies. / BV UNIFESP: Teses e dissertações

La selección y el desarrollo de un material funcional es todo un reto para el progreso de la sociedad actual. En los últimos 30 años se han venido investigando nuevos materiales funcionalizados con miras a adaptarlos en aplicaciones diagnósticas y terapéuticas (nanotecnológicas). Investigaciones recientes en el campo de la nanotecnología han sentado las bases en el desarrollo de sensores electroquímicos y biosensores. La función principal de estos dispositivos es transformar una información química en una señal analítica útil. Dentro de los sensores electroquímicos el tipo de señal, ya sea una intensidad de corriente o un potencial eléctrico, determinará el tipo de sensor. En el caso de los biosensores, un elemento biológico constituye la parte receptora, por lo que una proteína o enzima recibe la información permitiendo así el traspaso de electrones. A lo largo de los años se han desarrollado diferentes metodologías para estudiar la transferencia electrónica distinguiéndose 3 generaciones de biosensores: primera, segunda y tercera. Este trabajo se centra en estudiar dispositivos basados en la tercera generación, es decir, la transferencia de electrones entre el elemento biológico y la superficie del electrodo se produce de forma directa, sin necesidad de mediadores redox. La transferencia electrónica entre una proteína y un electrodo se produce gracias al contacto eléctrico. Para ello, se necesita inmovilizar el elemento biológico a la superficie del electrodo asegurando que la distancia de separación sea mínima y por tanto, la transferencia de carga, máxima. La inmovilización de una proteína es un proceso crítico y crucial para el desarrollo de un biosensor electroquímico. Dado que se confina la proteína en una región limitada en el espacio, se restringe en parte la libertad de movimiento del elemento biológico llevando a la desnaturalización de la proteína, pérdida de estabilidad del dispositivo y mal contacto eléctrico. La encapsulación de proteínas en matrices de sílice se lleva a cabo mediante el método sol-gel, proceso que tiene lugar en condiciones suaves (presión y temperatura ambiente). Éste es un procedimiento muy utilizado en inmovilización de diferentes biomoléculas para el desarrollo de dispositivos biosensores. La proteína redox elegida en esta tesis es el citocromo c (cyt c), hemoproteína sencilla cuyas propiedades físicas y químicas resultan interesantes en el estudio de electroquímica directa en diferentes electrodos. La transferencia electrónica entre proteína y electrodo puede mejorarse introduciendo materiales conductores en el sistema de estudio. El término polímero conductor se viene empleando en las últimas tres décadas para denominar a aquellos materiales sintéticos de naturaleza polimérica que presentan la capacidad de conducir la corriente eléctrica. El polímero conductor poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) se ha utilizado ampliamente en películas finas por su carácter electrónico, interesantes propiedades ópticas y su fácil síntesis. Comprender el mecanismo de transferencia electrónica entre el PEDOT y la proteína cyt c nos lleva al desarrollo de nuevos materiales modificados en el campo de los biosensores electroquímicos.

Esta tese aborda a utilização de um filme fino nanoestruturado de dendrímero-Pt, eletroquimicamente ativado, no estudo da eletroquímica do citocromo C. O objetivo do estudo de proteínas redox em eletrodos é elucidar os mecanismos de transferência de elétrons das proteínas que estão envolvidas em processos redox biológicos, como a fotossíntese e a cadeia respiratória, e a exploração de enzimas redox para o desenvolvimento de biossensores eletroquímicos, células de biocombustíveis e aplicações em nanotecnologia. Antecedendo o processo de imobilização de biomoléculas, é preciso desenvolver eletrodos que facilitem transferências eletrônicas e não interfiram nas propriedades biológicas das biomoléculas a serem imobilizadas. Esta meta tem guiado pesquisadores na busca de um sistema ideal. Nesta busca, sistemas baseados em eletrodos modificados com materiais nanoestruturados (MNEs) têm sido aplicados. Nesta tese, para a obtenção dos eletrodos modificados com o hibrido dendrímero-Pt, primeiramente, foram sintetizadas as nanopartículas de Pt (NPsPt) encapsuladas no dendrímero poli(amidoamina) (PAMAM) pela redução química dos íons Pt encapsulados nas cavidades do PAMAM. A reação de complexação foi acompanhada por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis (UV-Vis) e o encapsulamento foi investigado por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier. As NPsPt encapsuladas em PAMAM (PAMAM-Pt) foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão. O híbrido PAMAM-Pt foi utilizado na obtenção de filmes automontados layer-by-layer sobre substrato de ITO. O tempo que o eletrodo deve ficar imerso na suspensão de PAMAM-Pt para que se forme uma camada e o número de camadas de PAMAM-Pt, intercaladas com camadas do poliânion poli(ácidovinilsulfônico), imobilizadas sobre o eletrodo de ITO, foram monitorados e determinados por voltametria cíclica (CV) e UV-Vis. Pela observação dos dados experimentais obtidos durante o processo de determinação do tempo de imersão e número de camadas, e levando-se em conta a importancia da obtenção de NPsPt com sítios eletrocatalíticos disponíveis para estudos e aplicações eletroquímicas, foi realizado um estudo sobre a ativação do eletrodo ITO/PAMAM-Pt por tratamento eletroquímico. A influencia deste tratamento na resposta eletroquímica dos eletrodos ITO/(PAMAM-Pt)n, para a reação de oxidação do hidrogênio adsorvido, foi investigada por CV e espectroscopia de impedância eletroquímica. O eletrodo ITO/PAMAM-Pt ativado eletroquimicamente foi utilizado nos estudos da eletroquímica do citocromo C (CytC) e o valor da constante de transferência de carga (ks) obtida pelo método de Laviron, foi 5,7 s-1, indicando que este eletrodo atua como um excelente dispositivo para a imobilização do CytC com excelente transferência de elétrons. A principal contribuição desta tese foi mostrar que, mediante tratamento eletroquímico, pode-se ativar e melhorar o desempenho de eletrodos modificados com membranas eletroativas de NPsPt encapsuladas em PAMAM. Também é possível obter eletrodos modificados com um filme nanoestruturado de PAMAM-Pt eletroquimicamente ativado, com excelente desempenho, economia de materiais, sem a necessidade de se produzir membranas com várias camadas e sem o uso de polieletrólitos que possam aumentar a resistência à transferência de elétrons e diminuir a eficiência do eletrodo. / This thesis discusses the use of a nanostructured thin film of dendrimer-Pt electrochemically activated, in the electrochemical study of cytochrome C. The objective of studying redox proteins at electrodes is to elucidate the mechanisms of electron transfer from the proteins that are involved in biological redox processes, such as photosynthesis and the respiratory chain, and the use of redox enzymes for the development of electrochemical biosensors, biofuel cells and applications in nanotechnology. Preceding the process of immobilization of biomolecules, it is necessary to develop electrodes that facilitate electronic transfers and which do not interfere with the biological properties of biomolecules to be immobilized. This goal has guided researchers in the search for an ideal system. In this quest, systems based on modified electrodes with nanostructured materials (MNEs) have been applied. In this thesis, platinum nanoparticles (NPsPt) encapsulated in the dendrimer poly(amidoamine) (PAMAM) by chemical reduction of ions Pt encapsulated in the cavities of PAMAM were synthesized to obtain the electrodes modified with hybrid dendrimer-Pt. The complexation reaction was monitored by absorption spectroscopy in the UV visible region (UV-Vis) and the encapsulation was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy. The NPsPt encapsulated in PAMAM (PAMAM-Pt) were characterized by transmission electron microscopy. The hybrid PAMAM-Pt was used to obtain self-assembled films by layer-by-layer on ITO substrate. The time that the electrode must be immersed in the suspension of PAMAM-Pt for a layer to be formed, and the number of layers of PAMAM-Pt interspersed with layers of polyanion poly(vinylsulfoniacid) immobilized on the ITO electrode were monitored and determined by cyclic voltammetry (CV) and UV-Vis. By observing the experimental data obtained during the process of determining the immersion time and number of layers, and taking into account the importance of obtaining NPsPt with electrocatalytic sites available for studies and electrochemical applications, a study was conducted on the activation of the electrode ITO/PAMAM-Pt by electrochemical treatment. The influence of this treatment on the electrochemical response of electrodes ITO/(Pt-PAMAM)n, for the oxidation of adsorbed hydrogen, was investigated by CV and electrochemical impedance spectroscopy. The electrode ITO/PAMAM-Pt electrochemically activated was used in the electrochemical studies of cytochrome C (CytC) and the value of the electron transfer constant (ks), obtained by the method of Laviron, was 5.7 s-1, indicating that this electrode acts as an excellent device for immobilizing the CytC with excellent electron transfer. The main contribution of this thesis was to show that, upon electrochemical treatment, it is possible to activate and improve the performance of electrodes modified with electroactive membranes of NPsPt encapsulated in PAMAM. It is also possible to obtain modified electrodes with a nanostructured film PAMAM-Pt electrochemically activated with excellent performance, economy of materials, without the need to produce membranes with several layers and without the use of polyelectrolytes that may increase resistance to electron transfer and decrease the efficiency of the electrode.

Neste trabalho estão apresentadas novas estratégias para funcionalizar superfícies de ouro baseadas na sustentação de bicamadas lipídicas em superfícies de sensores de imagem por Ressonância de Plasmons de Superfície (SPRi) e a construção de um biosensor para detecção de citocromo c. SPRi é uma técnica ótica de gravimetria em tempo real. Por meio de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface, a adsorção e desorção de moléculas podem ser mensuradas. Inicialmente testamos várias estratégias para encontrar um suporte adequado que se ligasse na superfície de ouro e que oferecesse sustentação e estabilidade para a bicamada de fosfolipídeo biotinilado. Estudos de FT-IR e MEV mostraram que a quitosana facilita a formação de uma bicamada íntegra de fosfolipídeos, de tal modo, que a mesma alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, ~ 34,5 Å. Além disso, mostramos que esse sistema apresenta vantagens perante outros modelos, tais como, (poli-lisina/fosfolipídeos) e (tiol hidrofóbico/fosfolipídeo). Utilizando-se o complexo químico biotina/estreptoavidina conseguimos imobilizar o anticorpo anti cit c na bicamada, mantendo-o afastado da superfície de ouro. A construção do biosensor foi acompanhada com experimentos de SPRi. O limite de detecção de citocromo c atingido foi de 10-11mol/L. Um sensor construído somente com BSA e anticorpo anti cit c apresentou sensibilidade semelhante. Esta sensibilidade é em torno de três ordens de grandeza superior aos experimentos de imunoblotting usualmente utilizados para detecção de cit c. A principal limitação deste biosensor, tal como de outros imunoensaios, está intimamente ligada às vantagens e desvantagens dos anticorpos como ferramentas analíticas. / In this work we developed new strategies to functionalize gold surfaces based on the support of lipid bilayers on the surfaces of surface plasmon resonance imaging sensors (SPRi) and the construction of a biosensor for detection of cytochrome c. SPRi is an optical gravimetric real time technique. Through measurements of changes in refractive index (n) in close proximity to an interface, the adsorption and desorption of molecules can be measured. Initially we tested several strategies for finding a suitable medium that would adsorb on the gold surface and also support and stabilize a biotinylated phospholipid bilayer. Studies of FT-IR and SEM showed that chitosan induces the formation of an intact phospholipid bilayer, so that it reaches thickness values close to those expected, ~ 34.5 Å. Furthermore, we showed that this system has advantages in relation to other models, such as (poli-lisine/phospholipids) and (thiol hydrophobic / phospholipid). Using the chemical complex biotin/streptavidin anti cyt c antibody could be immobilized in the bilayer, keeping it away from the gold surface. The construction of the biosensor was accompanied with SPRi experiments. The limit of detection of cytochrome c was achieved from 10-11mol / L. A sensor built only with BSA and anti cyt c showed similar sensitivity. This sensitivity is about three orders of magnitude higher than the immunoblotting experiments commonly used for detection of cyt c. The main limitation of this biosensor, like in other immunoassays, is linked to the advantages and disadvantages of antibodies as analytical tools.

Orientador: Frank Nelson Crespilho / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2014

O método de imobilização de uma biomolécula é um dos principais fatores que melhoram o desempenho eletroquímico de um biossensor e o emprego de materiais como solução de quitosana, nanotubos de carbono e líquidos iônicos na preparação de eletrodos modificados tem sido cada vez maior devido as suas propriedades que facilitam a reação de transferência de elétrons entre a biomolécula e a superfície do eletrodo. Baseado neste conceito, o presente trabalho apresenta o estudo do comportamento eletroquímico da heme-proteína citocromo c quando imobilizado nos eletrodos de carbono vítreo e num novo substrato tridimensional de feltros de microfibras de carbono recobertos por nanotubos de carbono do tipo \"cup stacked\" (FCSNTc). Para imobilizar o citocromo c, compósitos contendo quitosana e o líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-2,3-dimetilimidazólio (BMMIBF4) foram formulados, indicando que a otimização das quantidades destes componentes podem influenciar na atividade redox do biomaterial. A partir da caracterização eletroquímica do citocromo c em carbono vítreo foi observado que a presença do líquido iônico BMMIBF4 no compósito manteve a sua eletroatividade devido a reação de oxidação e redução do átomo de ferro do grupo heme, e ao utilizar os feltros FCSNTc o citocromo c apresentou o desempenho eletroquímico superior aos obsevados em carbono vítreo, e a incorporação do líquido iônico no compósito de imobilização, resultou em biossensores com sensibilidade superiores durante os experimentos de detecção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio, quando comparados com outros FCSNTc modificados sem presença do material totalmente iônico. Os experimentos espectroscópicos na região da luz visível, foram fundamentais para mostrar que o novo microambiente causado pelos compósitos não modificam a integridade do citocromo c, e que a permanência da bioeletroatividade obtida durante os experimentos eletroquímicos sugerem a aplicação dos eletrodos de FCSNTc para o desenvolvimentos de novos biossensores com o citocromo c. / The immobilization method of biomolecules have been considered the major reason in order to improve a biosensor electrochemical performance and chitosan solution, carbon nanotubes and room temperature ionic liquids have been extensively used as a material for electrode preparation due to their properties of facilitating the direct electron transfer reaction between protein and electrode surface. In this context, the present work shows the electrochemical behavior of the heme-protein cytochrome c when it is immobilized onto a glassy carbon and in a new tridimensional substrate of carbon microfibers recovered by cup staked type carbon nanotubes (FCSNTc) electrodes. The cytochrome c immobilization was carried by the formulation of different composites based on chitosan solution and the ionic liquid 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate (BMMIBF4), and it will be shown that a volume optimization ratio between these compounds can influence in the biomaterial redox activity. During the electrochemistry characterization of cytochrome c onto glassy carbon electrode, it was observed that composites with BMMIBF4 kept its electroactivity due the iron heme group redox process. When FCSNTc felt were used the electrochemical performance was enhanced, giving better biosensors due the increase on sensitivity during the electrocatalytic activity towards hydrogen peroxide reduction when it was compared with another modified FCSNTc without ionic liquid. In addition, the spectroscopic data in the visible region were essential to show that the new microenvironment promoted by the composite did not change the cytochrome c conformational structure. Finally, the bioelectroactivity obtained during electrochemical studies suggest the use of FCSNTc modified electrode as a new platforms to develop new cytochrome c biosensors.

Esta tese aborda a utilização de um filme fino nanoestruturado de dendrímero-Pt, eletroquimicamente ativado, no estudo da eletroquímica do citocromo C. O objetivo do estudo de proteínas redox em eletrodos é elucidar os mecanismos de transferência de elétrons das proteínas que estão envolvidas em processos redox biológicos, como a fotossíntese e a cadeia respiratória, e a exploração de enzimas redox para o desenvolvimento de biossensores eletroquímicos, células de biocombustíveis e aplicações em nanotecnologia. Antecedendo o processo de imobilização de biomoléculas, é preciso desenvolver eletrodos que facilitem transferências eletrônicas e não interfiram nas propriedades biológicas das biomoléculas a serem imobilizadas. Esta meta tem guiado pesquisadores na busca de um sistema ideal. Nesta busca, sistemas baseados em eletrodos modificados com materiais nanoestruturados (MNEs) têm sido aplicados. Nesta tese, para a obtenção dos eletrodos modificados com o hibrido dendrímero-Pt, primeiramente, foram sintetizadas as nanopartículas de Pt (NPsPt) encapsuladas no dendrímero poli(amidoamina) (PAMAM) pela redução química dos íons Pt encapsulados nas cavidades do PAMAM. A reação de complexação foi acompanhada por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis (UV-Vis) e o encapsulamento foi investigado por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier. As NPsPt encapsuladas em PAMAM (PAMAM-Pt) foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão. O híbrido PAMAM-Pt foi utilizado na obtenção de filmes automontados layer-by-layer sobre substrato de ITO. O tempo que o eletrodo deve ficar imerso na suspensão de PAMAM-Pt para que se forme uma camada e o número de camadas de PAMAM-Pt, intercaladas com camadas do poliânion poli(ácidovinilsulfônico), imobilizadas sobre o eletrodo de ITO, foram monitorados e determinados por voltametria cíclica (CV) e UV-Vis. Pela observação dos dados experimentais obtidos durante o processo de determinação do tempo de imersão e número de camadas, e levando-se em conta a importancia da obtenção de NPsPt com sítios eletrocatalíticos disponíveis para estudos e aplicações eletroquímicas, foi realizado um estudo sobre a ativação do eletrodo ITO/PAMAM-Pt por tratamento eletroquímico. A influencia deste tratamento na resposta eletroquímica dos eletrodos ITO/(PAMAM-Pt)n, para a reação de oxidação do hidrogênio adsorvido, foi investigada por CV e espectroscopia de impedância eletroquímica. O eletrodo ITO/PAMAM-Pt ativado eletroquimicamente foi utilizado nos estudos da eletroquímica do citocromo C (CytC) e o valor da constante de transferência de carga (ks) obtida pelo método de Laviron, foi 5,7 s-1, indicando que este eletrodo atua como um excelente dispositivo para a imobilização do CytC com excelente transferência de elétrons. A principal contribuição desta tese foi mostrar que, mediante tratamento eletroquímico, pode-se ativar e melhorar o desempenho de eletrodos modificados com membranas eletroativas de NPsPt encapsuladas em PAMAM. Também é possível obter eletrodos modificados com um filme nanoestruturado de PAMAM-Pt eletroquimicamente ativado, com excelente desempenho, economia de materiais, sem a necessidade de se produzir membranas com várias camadas e sem o uso de polieletrólitos que possam aumentar a resistência à transferência de elétrons e diminuir a eficiência do eletrodo. / This thesis discusses the use of a nanostructured thin film of dendrimer-Pt electrochemically activated, in the electrochemical study of cytochrome C. The objective of studying redox proteins at electrodes is to elucidate the mechanisms of electron transfer from the proteins that are involved in biological redox processes, such as photosynthesis and the respiratory chain, and the use of redox enzymes for the development of electrochemical biosensors, biofuel cells and applications in nanotechnology. Preceding the process of immobilization of biomolecules, it is necessary to develop electrodes that facilitate electronic transfers and which do not interfere with the biological properties of biomolecules to be immobilized. This goal has guided researchers in the search for an ideal system. In this quest, systems based on modified electrodes with nanostructured materials (MNEs) have been applied. In this thesis, platinum nanoparticles (NPsPt) encapsulated in the dendrimer poly(amidoamine) (PAMAM) by chemical reduction of ions Pt encapsulated in the cavities of PAMAM were synthesized to obtain the electrodes modified with hybrid dendrimer-Pt. The complexation reaction was monitored by absorption spectroscopy in the UV visible region (UV-Vis) and the encapsulation was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy. The NPsPt encapsulated in PAMAM (PAMAM-Pt) were characterized by transmission electron microscopy. The hybrid PAMAM-Pt was used to obtain self-assembled films by layer-by-layer on ITO substrate. The time that the electrode must be immersed in the suspension of PAMAM-Pt for a layer to be formed, and the number of layers of PAMAM-Pt interspersed with layers of polyanion poly(vinylsulfoniacid) immobilized on the ITO electrode were monitored and determined by cyclic voltammetry (CV) and UV-Vis. By observing the experimental data obtained during the process of determining the immersion time and number of layers, and taking into account the importance of obtaining NPsPt with electrocatalytic sites available for studies and electrochemical applications, a study was conducted on the activation of the electrode ITO/PAMAM-Pt by electrochemical treatment. The influence of this treatment on the electrochemical response of electrodes ITO/(Pt-PAMAM)n, for the oxidation of adsorbed hydrogen, was investigated by CV and electrochemical impedance spectroscopy. The electrode ITO/PAMAM-Pt electrochemically activated was used in the electrochemical studies of cytochrome C (CytC) and the value of the electron transfer constant (ks), obtained by the method of Laviron, was 5.7 s-1, indicating that this electrode acts as an excellent device for immobilizing the CytC with excellent electron transfer. The main contribution of this thesis was to show that, upon electrochemical treatment, it is possible to activate and improve the performance of electrodes modified with electroactive membranes of NPsPt encapsulated in PAMAM. It is also possible to obtain modified electrodes with a nanostructured film PAMAM-Pt electrochemically activated with excellent performance, economy of materials, without the need to produce membranes with several layers and without the use of polyelectrolytes that may increase resistance to electron transfer and decrease the efficiency of the electrode.

O método de imobilização de uma biomolécula é um dos principais fatores que melhoram o desempenho eletroquímico de um biossensor e o emprego de materiais como solução de quitosana, nanotubos de carbono e líquidos iônicos na preparação de eletrodos modificados tem sido cada vez maior devido as suas propriedades que facilitam a reação de transferência de elétrons entre a biomolécula e a superfície do eletrodo. Baseado neste conceito, o presente trabalho apresenta o estudo do comportamento eletroquímico da heme-proteína citocromo c quando imobilizado nos eletrodos de carbono vítreo e num novo substrato tridimensional de feltros de microfibras de carbono recobertos por nanotubos de carbono do tipo \"cup stacked\" (FCSNTc). Para imobilizar o citocromo c, compósitos contendo quitosana e o líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-2,3-dimetilimidazólio (BMMIBF4) foram formulados, indicando que a otimização das quantidades destes componentes podem influenciar na atividade redox do biomaterial. A partir da caracterização eletroquímica do citocromo c em carbono vítreo foi observado que a presença do líquido iônico BMMIBF4 no compósito manteve a sua eletroatividade devido a reação de oxidação e redução do átomo de ferro do grupo heme, e ao utilizar os feltros FCSNTc o citocromo c apresentou o desempenho eletroquímico superior aos obsevados em carbono vítreo, e a incorporação do líquido iônico no compósito de imobilização, resultou em biossensores com sensibilidade superiores durante os experimentos de detecção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio, quando comparados com outros FCSNTc modificados sem presença do material totalmente iônico. Os experimentos espectroscópicos na região da luz visível, foram fundamentais para mostrar que o novo microambiente causado pelos compósitos não modificam a integridade do citocromo c, e que a permanência da bioeletroatividade obtida durante os experimentos eletroquímicos sugerem a aplicação dos eletrodos de FCSNTc para o desenvolvimentos de novos biossensores com o citocromo c. / The immobilization method of biomolecules have been considered the major reason in order to improve a biosensor electrochemical performance and chitosan solution, carbon nanotubes and room temperature ionic liquids have been extensively used as a material for electrode preparation due to their properties of facilitating the direct electron transfer reaction between protein and electrode surface. In this context, the present work shows the electrochemical behavior of the heme-protein cytochrome c when it is immobilized onto a glassy carbon and in a new tridimensional substrate of carbon microfibers recovered by cup staked type carbon nanotubes (FCSNTc) electrodes. The cytochrome c immobilization was carried by the formulation of different composites based on chitosan solution and the ionic liquid 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate (BMMIBF4), and it will be shown that a volume optimization ratio between these compounds can influence in the biomaterial redox activity. During the electrochemistry characterization of cytochrome c onto glassy carbon electrode, it was observed that composites with BMMIBF4 kept its electroactivity due the iron heme group redox process. When FCSNTc felt were used the electrochemical performance was enhanced, giving better biosensors due the increase on sensitivity during the electrocatalytic activity towards hydrogen peroxide reduction when it was compared with another modified FCSNTc without ionic liquid. In addition, the spectroscopic data in the visible region were essential to show that the new microenvironment promoted by the composite did not change the cytochrome c conformational structure. Finally, the bioelectroactivity obtained during electrochemical studies suggest the use of FCSNTc modified electrode as a new platforms to develop new cytochrome c biosensors.

Neste trabalho estão apresentadas novas estratégias para funcionalizar superfícies de ouro baseadas na sustentação de bicamadas lipídicas em superfícies de sensores de imagem por Ressonância de Plasmons de Superfície (SPRi) e a construção de um biosensor para detecção de citocromo c. SPRi é uma técnica ótica de gravimetria em tempo real. Por meio de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface, a adsorção e desorção de moléculas podem ser mensuradas. Inicialmente testamos várias estratégias para encontrar um suporte adequado que se ligasse na superfície de ouro e que oferecesse sustentação e estabilidade para a bicamada de fosfolipídeo biotinilado. Estudos de FT-IR e MEV mostraram que a quitosana facilita a formação de uma bicamada íntegra de fosfolipídeos, de tal modo, que a mesma alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, ~ 34,5 Å. Além disso, mostramos que esse sistema apresenta vantagens perante outros modelos, tais como, (poli-lisina/fosfolipídeos) e (tiol hidrofóbico/fosfolipídeo). Utilizando-se o complexo químico biotina/estreptoavidina conseguimos imobilizar o anticorpo anti cit c na bicamada, mantendo-o afastado da superfície de ouro. A construção do biosensor foi acompanhada com experimentos de SPRi. O limite de detecção de citocromo c atingido foi de 10-11mol/L. Um sensor construído somente com BSA e anticorpo anti cit c apresentou sensibilidade semelhante. Esta sensibilidade é em torno de três ordens de grandeza superior aos experimentos de imunoblotting usualmente utilizados para detecção de cit c. A principal limitação deste biosensor, tal como de outros imunoensaios, está intimamente ligada às vantagens e desvantagens dos anticorpos como ferramentas analíticas. / In this work we developed new strategies to functionalize gold surfaces based on the support of lipid bilayers on the surfaces of surface plasmon resonance imaging sensors (SPRi) and the construction of a biosensor for detection of cytochrome c. SPRi is an optical gravimetric real time technique. Through measurements of changes in refractive index (n) in close proximity to an interface, the adsorption and desorption of molecules can be measured. Initially we tested several strategies for finding a suitable medium that would adsorb on the gold surface and also support and stabilize a biotinylated phospholipid bilayer. Studies of FT-IR and SEM showed that chitosan induces the formation of an intact phospholipid bilayer, so that it reaches thickness values close to those expected, ~ 34.5 Å. Furthermore, we showed that this system has advantages in relation to other models, such as (poli-lisine/phospholipids) and (thiol hydrophobic / phospholipid). Using the chemical complex biotin/streptavidin anti cyt c antibody could be immobilized in the bilayer, keeping it away from the gold surface. The construction of the biosensor was accompanied with SPRi experiments. The limit of detection of cytochrome c was achieved from 10-11mol / L. A sensor built only with BSA and anti cyt c showed similar sensitivity. This sensitivity is about three orders of magnitude higher than the immunoblotting experiments commonly used for detection of cyt c. The main limitation of this biosensor, like in other immunoassays, is linked to the advantages and disadvantages of antibodies as analytical tools.