Orientador: Hideko Yamanaka / Coorientador: Flávio Santos Damos / Banca: Cecilio Sadao Fugivara / Banca: Eder Tadeu Gomes Cavalheiro / Banca: Carla dos Santos Riccardi / Banca: Silvia Helena Pires Serrano / Resumo: Os pesticidas estão entre os poluentes mais preocupantes, devido à toxicidade e presença significativa no ambiente. A sua toxicidade é baseada na capacidade de inibir irreversivelmente a enzima acetilcolinesterase (AChE) que é chave na transmissão de impulsos nervosos. Este trabalho descreve o desenvolvimento de sensor contendo hexapeptídeo, bioinspirado em enzima acetilcolinesterase, para detecção de pesticidas organofosforados e carbamatos. A sequência peptídica (NH3+ - His - Glu - Trp - Arg - Pro - Ser - COO-) foi imobilizada sobre nanopartículas magnéticas (Fe3O4) previamente sintetizadas, modificadas com quitosana e posteriormente funcionalizadas com 1,12-diaminododecano. As condições experimentais de imobilização do peptídeo foram otimizadas, sendo estas: concentração 5,0 x 10-5 mol L-1 e tempo de incubação de 30 minutos a 25 ºC. O grupo carboxílico presente na sequência peptídica foi ativado com o uso de agentes de acoplamento 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida (EDC) e N-hidróxisuccinimida (NHS). A razão de concentração otimizada de EDC/NHS foi de 18,6/12,5 mmol L-1, respectivamente, e tempo de ativação de 60 minutos. O sinal eletroquímico do peptídeo foi monitorado pelo pico de oxidação da histidina, cujo valor é diminuído ao interagir com o pesticida. O perclorato de sódio (NaClO4) 0,1 mol L-1 pH 7,5 foi selecionado como eletrólito suporte. Os parâmetros da voltametria de onda quadrada foram otimizados (frequência de 100 Hz, amplitude de 90 mV e incremento ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Pesticides are among the most worrying pollutants due to toxicity and significant presence in the environment. Its toxicity is based on the ability to irreversibly inhibit the enzyme acetylcholinesterase (AChE) which is key in the transmission of nerve impulses. This work describes the development of a sensor containing hexapeptide, bioinspiring enzyme acetylcholinesterase, for the detection of organophosphorus pesticides and carbamates. The peptide sequence (NH3+ - His - Glu - Trp - Arg - Pro - Ser - COO-) was immobilized on previously synthesized magnetic nanoparticles (Fe3O4), modified with chitosan and subsequently functionalized with 1,12 - diaminododecane. The experimental conditions of immobilization of the peptide were optimized, being: 5,0 x 10-5 mol L-1 concentration and incubation time of 30 minutes at 25 ºC. The carboxyl group present in the peptide sequence was activated with the use of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) coupling agents. The optimum concentration ratio of EDC / NHS was 18.6 / 12.5 mmol L-1, respectively, and activation time of 60 minutes. The electrochemical signal of the peptide was monitored by the histidine oxidation peak, whose value is decreased when interacting with the pesticide. Sodium perchlorate (NaClO4) 0.1 mol L-1 pH 7.5 was selected as supporting electrolyte. The parameters of the square wave voltammetry were optimized (frequency of 100 Hz, amplitude of 90 mV and increment of sweep of 6 mV) using a matrix of factorial planning. The preconcentration time of the peptide with the pesticide was fixed in 5 minutes. The sensor presented linear response in the studied concentration ranges, with detection limits of 6.0 x 10-11 mol L-1 and 4.0 x 10- 10 mol L- 1 for carbofuran and chlorpyrifos, respectively. The storage in the refrigerator at ± 4 °C allowed 85% stability of the immobilized peptide after a period of... / Doutor

Orientador: Paulo Roberto Bueno / Coorientador: Flávio Cesar Bedatty Fernandes / Banca: Hideko Yamanaka / Banca: Marina Ribeiro Batistuti / Resumo: Desde a primeira descrição de biossensor reportada por Clark e Lyons em 1962, houve um extenso trabalho no desenvolvimento e aprimoramento de novas técnicas de biossensoriamento para detecção de biomarcadores com relevância médica. Destaca-se nesse processo o estudo de superfície de eletrodos, pois esse influencia diretamente em aspectos como; sensibilidade, estabilidade e qualidade do sinal. Portanto, este projeto consiste em avaliar comparativamente três superfícies de eletrodos baseadas em nanoestruturas contendo nanopartículas de azul da Prússia, funcionando com sonda redox do sistema, e materiais carbonáceos (como óxido de grafeno e nanotubos de carbono) para aplicação em biossensores. Foram avaliados aspectos como composição, características capacitivas redox e estabilidade de sinal. A técnica de análise utilizada é a espectroscopia de capacitância eletroquímica (ECE) que apresenta vantagens como não usar amplificadores de sinal (sondas redox) em solução, configuração esta, importante para métodos de diagnóstico point-of-care. Das superfícies analisadas, a composta por nanopartículas de azul da Prússia e óxido de grafeno (PBNP+GO) apresentou os melhores parâmetros de estabilidade e compatibilidade com os aspectos teóricos da técnica de ECE, sendo então selecionada para realização de testes de biossensoriamento que, através da funcionalização da superfície com anticorpos Anti-IL-6, detectaram seletivamente a presença do biomarcador IL-6. / Abstract: Since the first description of biosensor reported by Clark and Lyons in 1962, numerous works related to the development and enhancement of novel medical biosensing techniques have been published. In that context, it must be highlighted the study of electrode surfaces as it has direct influence in aspects like; sensitivity, stability and signal quality. Therefore, this project aims to evaluate three electrode surfaces based on nanostructures with Prussian blue nanoparticles, as redox probe, and carbonaceous materials (like graphene oxide and carbon nanotubes) and their application in biosensors. It was evaluated aspects like composition, redox capacitive characteristics and signal stability. The electrochemical capacitance spectroscopy technique (ECE) was used as it offers several advantages like no need of signal amplifiers (redox probes) in solution and, then, making this technique more adequate for point-of-care diagnosis. Among the analysed surfaces, the one composed by Prussian blue nanoparticles and graphene oxide (PBNP+GO) was identified as the best surface in terms of stability and compatibility to the theoretical aspects of ECE. Therefore, that structure was selected to further biosensing essays, by functionalizing the surface with Anti-IL-6 antibodies, that indicated the selective detection of the IL-6 biomarker. / Mestre

Orientador: Amadeu Moura Bego / Banca: Denis Ricardo Martins de Godoi / Banca: Luiz Henrique Ferreira / Resumo: O presente trabalho de mestrado teve como temática geral a experimentação no ensino de Química, especificamente o emprego da perspectiva investigativa de ensino no nível superior. A pesquisa visou verificar como a inserção de um erro proposital em uma atividade experimental possivelmente suscitaria no amadurecimento e formação do Espírito Científico dos alunos do curso da licenciatura. A metodologia de pesquisa teve abordagem qualitativa do tipo Estudo de Caso, e as fontes de informação foram compostas de sujeitos e documentos. Os sujeitos foram os alunos do curso de licenciatura cursando no ano de 2017 na disciplina de Laboratório de Ensino de Química Geral, e os documentos textuais foram um roteiro alterado, um formulário de proposição de hipóteses adido de um roteiro provisório, e um relatório final, no qual os alunos também propuseram um roteiro retificado para a realização da atividade experimental. Ainda, foi realizado um grupo focal com os participantes da atividade, e os alunos também responderam a um questionário, o qual providenciou suporte para a conseguinte entrevista individual. O tratamento e análise das informações coletadas se deu pela Análise de Conteúdo, para a qual foram utilizadas categorias a priori para o questionário e entrevista reflexiva, e categorias a posteriori para o grupo focal e documentos textuais. Como conclusão do estudo, concebe-se que a intervenção aqui proposta, a qual é dotada de um elemento inédito, por si só, em ação pontual, não foi ca... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The work herein presented had as general theme practical work regarding chemical education, and had its scope on the employment of inquiry-based activities at the undergraduate level. This research intended to unveil how the interposition of a purposeful error on a experimental activity could promote the formation and maturation of the scientific spirit on undergraduate students. The research methodology had used a qualitative approach, on the manners of a case study, and the information sources regarded subjects and documents. The subjects were the students undergoing the "Laboratório de Ensino de Química Geral" course, and the textual documents were a modified script, a hypothesis form coupled with a provisional script and a final report, in whose the students should add a rectified script that would allow them to perform the activity without issues. In addition, the students composed a focus group with the groups that participated in our intervention, as well as an individual questionnaire regarding aspects of nature of science. The latter provided support for the accomplishment of individual interviews with the students. The data gathering and treatment of collected data was done in the ways of the content analysis, for whose we employed a priori analytical categories for the questionnaire and individual interview, and established a posteriori categories for the focus group and textual documents. As a conclusion, we conceived that the intervention proposed on this work, w... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Valber de Albuquerque Pedrosa / Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidas metodologias para detecção de biomarcadores cancerígenos utilizando sensores aptaméricos. Aptâmeros são estruturas tridimensionais de DNA/RNA capazes de serem seletivos a alvos específicos. O uso destas sequências em plataformas eletroquímicas permite que o monitoramento do metabolismo celular se torne viável de uma forma rápida e exata. Para a caracterização das superfícies foram utilizadas as técnicas eletroquímicas. Foram utilizadas três proteínas biomarcadoras, PSA, fPSA e HK2 como modelos para os estudos. Os limites de detecção do aptasensor para PSA e fPSA obtidos foram de 1,1 ng/mL e 2,9 ng/mL, respectivamente. Ao final dos experimentos com linhagens celulares cancerígenas e controle, as correspondentes corroboraram com a classificação de risco do câncer de próstata bem como a capacidade de diferenciação por parte dos aptasensores entre os tipos celulares mais agressivos (PC-3, [PSA]: 23 ng/mL; [fPSA]: 6 ng/mL) e menos agressivos (LNCaP, [PSA]:12 ng/mL; [fPSA]: 7,8 ng/mL) em comparação aos grupos de referência (PNT-2, [PSA]: 1,95ng/mL; [fPSA]: 2,11 ng/mL). Para a HK2, foi possível detecta-lá na presença de todos os tipos celulares prostáticos de maneira qualitativa. / Mestre

Neste trabalho é descrito o desenvolvimento de sistemas eletroquímicos (EQ) acoplados com a RMN de baixo e alto campo para análises in situ. Para a análise EQ-RMN de baixo campo, foi construído um sistema eletroquímico para ser utilizado tanto em um espectrômetro RMN-DT (B0= 0,23 T) quanto em um sensor unilateral (B0= 0,4 T). A platina foi utilizada como eletrodo de trabalho e contraeletrodo e um fio de prata como eletrodo de referência. A reação de eletrodeposição do cobre foi monitorada por meio do valor do tempo de relaxação transversal (T2), adquirido através da sequência de CPMG, em intervalos de 10 minutos durante a eletrólise, a potencial constante, no tempo de 3 horas. Ambas as análises, EQ-RMNDT e EQ-RMN Unilateral, apresentaram bom desempenho analítico. No entanto, foi observado que a análise de EQ-RMN Unilateral permitiu o monitoramento da reação eletroquímica com um volume detectável de amostra muito menor, em torno de 300 uL, do aquele para a RMN-DT (2,8 mL). O efeito do campo magnético (B0= 0,4 T) sobre o processo eletrolítico foi avaliado pela técnica de microscopia eletrônica de varredura (SEM). A análise SEM mostrou que o eletrodepósito de cobre obtido sob o efeito do campo apresenta uma morfologia rugosa. Para a análise in situ de EQRMN de alto campo, o sistema eletroquímico foi desenvolvido em um tubo de RMN de 10 mm de diâmetro, para ser utilizado em um espectrômetro de 9,4 T. A fibra de carbono foi o material mais adequado para ser utilizado como eletrodo de trabalho. A sequência de Precessão Livre no Estado Estacionário (SSFP, Steady State Free Precession), que não tem dependência do tempo de relaxação longitudinal T1, e permite a aquisição de centenas de espectros por segundo, foi utilizada para monitorar a eletrólise do 9-cloroantraceno por RMN de 13C. A célula EQ-RMN de alto campo construída possibilitou a aquisição de espectros de RMN de 1H e SSFP de 13C durante a eletrólise do 9-cloroantraceno. O Método da Diagonalizacão Filtrada (FDM, Filter Diagonalization Method) foi utilizado para processar sinais no domínio do tempo de SSFP 13C, para resolver os problemas de anomalia de fase e melhorar a resolução espectral. Os sistemas eletroquímicos construídos apresentaram um bom desempenho analítico para o interfaceamento com a RMN, e as metodologias empregadas propiciaram o monitoramento em tempo real de uma reação eletroquímica. / In this work it is described the development of electrochemical (EC) systems coupled to the Low and High-field NMR for in situ analysis. By low-field NMR-EC analysis, it was constructed an electrochemical system to be utilized both TD-NMR spectrometer (B0= 0.23 T) and unilateral sensor (B0= 0.4 T). Platinum was used as working electrode and counter electrode and a silver wire as reference electrode. The copper electrodeposition reaction was monitored by Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) pulse sequence. The measurements of the transverse relaxation time (T2) were collected in the interval of 10 minutes during electrolysis, constant potential, in 3 hours time. Both in situ analyses, TD-NMR-EC and Unilateral NMR-EC, demonstrated good analytical performance. However, the Unilateral NMR-EC allowed the monitoring copper concentration during electrolysis using detectable volume much smaller, approximately 300 uL, than TD-NMR (2.8 mL). The magnetic field effect (B0= 0.4 T) on electrolytic process was available by scanning electron microscopy (SEM) technique. The SEM analysis showed copper electrodeposits obtained on the field effect observes a rough morphology. For the in situ high-field NMR-EC analysis, the electrochemical system was developed in a tube NMR of 10 mm diameter to be utilized 9.4 T spectrometer. Carbon fiber was the most appropriated material to be used as working electrode. The Steady-state free precession (SSFP) sequence that has no dependence on the longitudinal relaxation time T1, allows it to acquire up to hundreds of spectra per T1 value, it was utilized to monitor the electrolysis of 9-chlroanthracene for 13C NMR. The high-field NMR-EC cell constructed allowed the acquisition of the 1H NMR and 13C SSFP spectra during the electrolysis of 9-chlroanthracene. The Filter Diagonalization Method (FDM) was used to process signals in the time domain of 13C SSFP, to solve problems of phase anomalies and improve the spectra resolution. The electrochemical systems constructed showed good analytical performance for coupling with NMR and the methodologies employed provided of the monitoring in real time of the electrochemical reaction.

O objetivo desse trabalho foi compreender em que medida uma estratégia metavisual, utilizada em sala de aula, pode ajudar na construção e reconstrução de ideias, especificamente numa atividade introdutória de eletroquímica e quais os fatores envolvidos nesse processo. Para isso, foi desenvolvida uma atividade para o estudo inicial de duas interações eletroquímicas, envolvendo ferro e soluções de sulfato de cobre (II) e ácido sulfúrico. Foi utilizada uma metodologia qualitativa, envolvendo 32 estudantes do 3.o ano do ensino médio de uma mesma escola, idades entre 16 e 18 anos, em que foram feitos os registros audiovisuais dos alunos realizando a atividade e as falas transcritas para análise. Além disso, eles responderam a um questionário para se pesquisar por indícios nas habilidades metavisuais em 1D e 2D e, por último, uma entrevista semiestruturada. Duas categorias foram elaboradas com o objetivo de se classificar as hipóteses propostas para posterior comparação, uma para o nível simbólico e a outra para o submicro, possibilitando a observação de possíveis evoluções e dificuldades encontradas. Com relação às habilidades metavisuais, também foram necessárias três categorias para compor a análise. Os resultados indicam que a estratégia metavisual mostrou-se eficiente para a construção e reconstrução de conceitos associados à eletroquímica, na medida em que as concepções alternativas e dificuldades, comuns nessa área, puderam ser discutidas e modificadas. Houve evolução das hipóteses dos alunos, com intensa modelagem de conceitos, propiciada pela comparação de imagens (metavisualização), tanto no nível simbólico quanto no submicro. Foi observado que os estudantes demonstraram maior dificuldade ao elaborar as hipóteses do submicro, possivelmente por esse nível ter mais detalhes, maior aprofundamento de conceitos, ser mais abstrato e, portanto, não ser natural para os estudantes. Adicionalmente, o tempo de aprendizagem e de modelagem revelou-se diferente para os grupos, o que sugere aos professores considerarem isso no processo ensino-aprendizagem. Finalmente, os resultados parecem apontar também que as habilidades metavisuais e as conexões entre os níveis representacionais podem estar associados a melhores aprendizados e que, muitas vezes, é necessária a utilização de diversas representações e de um tempo maior para que os alunos consigam evoluir. Vale ressaltar que o assunto ainda é pouco pesquisado, se comparado a outros temas e, sendo assim, recomendam-se mais pesquisas sobre as estratégias metacognitivas no ensino de ciências e de química, em que as suas contribuições, no aprendizado dos alunos, possam ser mais investigadas. / The purpose of this study was to understand the extent to which metavisual strategy used in the classroom can help in the construction and reconstruction of ideas, specifically an introductory activity in electrochemistry and the factors involved in this process. For this purpose, an activity was developed for the initial study of two electrochemical interactions involving iron and copper sulfate and sulfuric acid solutions. A qualitative methodology was employed, involving 32 students of the 3rd year of high school from the same school, aged 16 to 18, where audiovisual student records were made performing the activity and the speeches transcribed for analysis. In addition, they answered a questionnaire to search for clues in metavisual skills in 1D and 2D and, finally, a semi-structured interview was made. Two categories were prepared for the purpose of classifying the hypotheses proposed for comparison, one for the symbolic level and the other for submicro level, enabling to observe possible changes and difficulties. Regarding metavisual skills three categories were also needed to compose the analysis. The results indicate that metavisual strategy proved efficient for the construction and reconstruction concepts related to electrochemistry, in that alternative conceptions and difficulties common in this field, could be discussed and modified. There was a significant evolution of the hypotheses proposed by students, with intense modeling concepts, fostered by comparing images (metavisualization) both at the symbolic as in the submicro level. It was observed that the students showed greater difficulty in preparing the hypotheses of submicro level, possibly because this level has more details, deeper understanding of concepts, is more abstract and therefore it will not be natural for students. Furthermore, the learning time and modeling proved to be different for the groups, suggesting teachers should consider it within the teaching-learning process. Finally, the results also seem to indicate that metavisual skills and the connections between the representational levels may be associated with better learning and it often becomes necessary to use different representations and more time in order for students to be able to evolve. It is noteworthy that the subject is still poorly researched, compared to other topics and, therefore, it is recommended more research on metacognitive strategies in teaching science and chemistry, in which their contributions to student learning, may be more investigated.

O estudo do eletrorrevestimento de tântalo sobre aço e sobre cobre foi realizado na mistura eutética FLINAK (29,2% LiF - 11,7% NaF - 59,1% KF - % em massa) contendo 15% em massa de K2TaF7. Foram estudadas as influências da densidade de corrente catódica, do tempo de eletrólise, da temperatura e da natureza do substrato sobre as eficiências de correntes catódicas e a morfologia dos revestúnentos. Depósitos de tântalo lisos, brilhantes, aderentes e uniformes foram obtidos com alta eficiência de corrente catódica usando os seguintes parâmetros: densidade de corrente catódica de 23 mA/cm2 a 50 mA/cm2, temperatura de 750°C e tempo de eletrólise de 30 minutos a 120 minutos. Os revestimentos obtidos nestas condições possuem espessuras de 18 µm a 41 µm. Os depósitos de tântalo sobre aço e sobre cobre são constituídos de tântalo puro, sem formação de camada de difusão. Ensaios de eletrodeposição de camadas delgadas de tântalo em catodos de formas e geometrias complexas mostraram o bom poder de cobertura do tântalo. Curvas potencial de circuito aberto x tempo, feitas à temperatura ambiente em soluções de ácido nítrico a 40%, a 50% e a 60% em massa, ácido clorídrico a 3,6% em massa e ácido sulfúrico a 80% em massa, mostraram ótima concordância entre o potencial de circuito aberto estacionário do tântalo maciço comercial e dos revestimentos de tântalo sobre cobre nestes meios. Curvas potencial de circuito aberto x tempo feitas à temperatura ambiente em meio de ácido clorídrico a 3,6% em massa, para revestimentos sobre aço mostraram que a semelhança com o tântalo maciço só é observada em depósitos recentes, o que foi atribuído à difusão do ferro do substrato para a superficie do revestimento. Ensaios gravimétricos mostraram que a velocidade de corrosão dos revestimentos é comparável com a do tântalo comercial, em meios de ácido nítrico a 40% e a 50% em massa, à temperatura de ebulição. / The study of tantalum electroplating on copper and carbon steel has been carried out in FLINAK eutectic (29.2% LiF -11.7% NaF -59.1% KF - wt%) containing 15wt% K2TaF7. The effects of current cathodic density, time of electrolysis, temperature and substrate kind have been studied in relation to the cathodic current efficiencies and the coating morphology. Tantalum deposits, with good smoothness, brightness, adherence and uniformity were obtained with high cathodic efficiency, using the following conditions: 23 mA/cm2 to 50 mA/cm2 cathodic current densities, 30 minutes to 120 minutes electrolysis time interval and 750°C temperature. Under these conditions the coatings are about 18 µm to 41 µm thick. The deposits obtained on carbon steel and copper are both constituted of pure tantalum without formation of interdiffusion layer. The results of tantalum thin coatings electrodeposition on cathodes of complex geometrics and shapes showed the good throwing power of tantalum. Open circuit potential x time curves have been recorded for massive tantalum and for tantalum coatings on copper in 40 wt%, 50 wt% and 60 wt% nitric acid, 3.6 wt% hydrochloric acid and 80 wt% sulfurie acid at room temperature. They showed similar stationary open-circuit poteutial values for both the massive tantalum and the tantalum coatings. Open circuit potential x time curves for tantalum coatings on carbon steel performed in 3.6%wt hydrochloric acid at room temperature showed that the similarity with massive tantalum exists only with recent deposits, because of iron diffusion from substrate to coating surface. Gravimetric tests showed comparable corrosion rate values for massive tantalum and tantalum coatings in boiling 40wt% and 50wt% nitric acid.

A capacidade de ligação de prótons e metais por células vivas da microalga Tetraselmis gracilis (Kylin) butcher foi estudada por titulação potenciométrica e voltametria de redissolução anódica, respectivamente. Dados da titulação alcalimétrica obtidos com uma suspensão de microalga suspensa em NaCl 0,60 mol L-1 a 25,0 ± 0,1 ºC foram tratados por um modelo de distribuição discreta de sítios baseado na linearização das curvas de titulação por funções de Gran modificadas. A concentração total de sítios ionizáveis foi 3,4 x 10-3 mmol g-1, divididos em quatro classes de grupos com pKa 4,4; 5,2; 7,0 e 9,3, cujas abundâncias relativas foram 13, 5,8, 8,2 e 73%, respectivamente. Ligação de Cd(II) e Zn(II) foi estudada em água do mar (pH 8,2) por adições de soluções dos cátion metálicos em soluções simples ou misturas binárias. O cálculo das concentrações dos metais a partir dos dados voltamétricos considerou o agregado célula-metal tendo difusão muito menor do que a do íon livre. Capacidades de adsorção e o logaritmo das constantes de equilíbrio condicionais foram 7,9 ± 0,9 µmol g-1 e 6,9 ± 0,3 L g-1 para Cd(II) e 18,1 ± 0,4 µmol g-1 e 8,8 ± 0,2 L g-1 para Zn(II). Nas titulações com misturas binárias as capacidades de adsorção foram 0,129 ± 0 ,008 e 18,1 ± 0,4 µmol g-1 de Cd(II) e Zn(II), respectivamente, sugerindo que a ligação de Zn(II) inibe a de Cd(II). Entretanto, mesmo na presença de Zn(II) a superfície de alga possui sítios minoritários que se ligam a Cd(II) (log Kads = 7,7 ± 0,2), o que pode causar a bioacumulação desse íon metálico tóxico. / Proton and metal binding capacities of living cells of the microalgae Tetraselmis gracilis (Kylin) butcher were determined by potentiometric titration and anodic stripping voltammetry, respectively. Data of alkalimetric titration of the microalgae suspension obtained in 0.60 mol L-1 NaCl at 25.0 ± 0.1ºC was treated by a discrete site distribution model based on the linearization of the titration curve by modified Gran functions. A total of 3.4 x 10-3 mmol g-1 ionizable sites were determined, divided in four classes of groups with pKa 4.4, 5.2, 7.0 and 9.3, whose relative abundances were 13, 5.8, 8.2 and 73%, respectively. Binding of Cd(II) and Zn(II) was studied in seawater (pH 8.2) by additions of either single metallic species or binary mixtures. Computation of free metal concentrations from the voltammetric data considered the cell-metal aggregates with diffusion coefficient significantly lower than that of free metal ions. Adsorption capacities and the logarithm of the conditional equilibrium constants were 7.9 ± 0.9 µmol g-1 and 6.9 ± 0.3 L g-1 for Cd(II) and 18.1 ± 0.4 µmol g-1 and 8.8 ± 0.2 L g-1 for Zn(II). For titrations with binary mixtures of Cd(II) and Zn(II ) the adsorption capacity of Cd(II) were 0.129 ± 0.008 µmol g-1 and 18.1 ± 0.4 µmol g-1, respectively. The results suggest that binding of Zn(II) inhibits that of Cd(II). However, even in the presence of Zn(II), the alga surface has some minor sites that can bind Cd(II) (log Kads = 7.7 ± 0.2), a process that can lead to bioaccumulation of this toxic metal ion.

A demanda crescente por meios de armazenar eficientemente energia elétrica tem incentivado a busca de materiais que melhorem o desempenho específico de dispositivos armazenadores de carga elétrica. Dentre os materiais a base de carbono, destaca-se o grafeno e seus derivados como tendo grande potencial para aumentar o desempenho de tais. Nesse trabalho, estudam-se duas abordagens para a imobilização de grafeno sobre condutores metálicos e o efeito que essas tem na eletroquímica dos sistemas. De maneira geral, evitou-se a utilização de polímeros como aglutinantes na construção de eletrodos, visto que esses podem interferir negativamente na eletroquímica do sistema (além de não serem condutores elétricos, não têm nenhum benefício em relação a aumento de capacitância do eletrodo). As metodologias estudadas podem ser separadas em duas categorias, sendo essas a de eletrodos obtidos por deposição eletroforética de derivados de grafeno e imobilização de grafeno sobre condutores metálicos pelo uso de camadas orgânicas, que servem de ponto de ancoragem para os derivados de grafeno. Os eletrodos foram então caracterizados eletroquimicamente, visando principalmente seu uso em capacitores eletroquímicos. Dentre as técnicas utilizadas para tal, destacam-se o uso de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica, além de técnicas não eletroquímicas como espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e microbalança de cristal de quartzo. De modo geral, pode-se observar que a deposição eletroforética é uma maneira simples de obter eletrodos modificados, e apresenta alta reprodutibilidade. O fato de não possuírem outros compostos químicos que não o grafeno, além de serem altamente rugosos, mostrou que esses eletrodos tem desempenho capacitivo muito bom, sendo o método de obtenção do grafeno e a maneira escolhida para deposição diretamente responsáveis pela morfologia obtida. A construção de eletrodos pela ancoragem de grafeno foi feita com base na (eletro)química de sais de diazônio, que se mostrou bastante promissora quanto a capacidade de se obter uma ligação química estável entre as folhas de grafeno e o metal. A alta reatividade dos sais de diazônio, no entanto, se mostrou danosa a eletroquímica do grafeno, sendo que tais eletrodos não apresentaram nenhuma característica que justificasse seu uso em capacitores eletroquímicos. Assim, os avanços e desafios restantes em relação a essas abordagens na construção capacitores eletroquímicos com alto desempenho específico encontram-se aqui detalhados. / The increasing demand for efficient electrical energy storage devices has pushed research towards materials with potential to increase the specific performance of such devices. Among the carbon-based materials, one that has been heavily studied as a potential candidate to accomplish such feat is graphene and its chemical derivatives. In this work, two methodologies to accomplish graphene immobilization over metallic current collectors are approached, as well as the effects that such approaches have on the electrochemistry of the resulting electrodes. As a general guideline, the usage of polymeric binders as ways of keeping good mechanical stability are avoided, due to their tendency to negatively impact the system\'s electrochemistry (not only they\'re normally electrical in sulators, they also don\'t usually possess any intrinsic electroactivity that could enhance the electrode\'s capacitance). The methodologies in study can be separated into two categories, namely, electrophoretic deposition and usage of organic molecules as anchoring points to attach graphene sheets to the surface. Such electrodes were characterized by a number of electrochemical technics, most prominently cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy in the group of electrochemical technics, and Raman spectroscopy, atomic force microscopy, scanning electron microscopy and quartz crystal microbalance in the group of non-electrochemical technics. Electrophoretic deposition of graphene is proved to be a very straightforward and reproducible way to obtain modified electrodes. Since no chemical compound other than the graphene derivatives are necessary, and that the final electrodes have very rough surfaces, such electrodes have very high capacitance, and those characteristics are direct consequence of the chosen method. Anchoring graphene derivatives on the surface of metallic conductors by the (electro)-chemistry of diazonium salts is shown to be a promising method to achieve strongly bound graphene sheets to a surface. The high reactivity of diazonium salts, though, hampers the electrochemical activity of graphene, and no electrodes suitable to be used in electrochemical capacitors were obtained. In summary, the advances and remaining challenges towards the use of such methodologies in the construction of electrochemical capacitors are presented here.

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