Nanoelectrodes are defined as electrodes which have a critical dimension on the order of nanometres. Due to their smaller dimensions they have a reduced iR drop and enhanced mass transport, which results in the rapid establishment of an enhanced steady-state diffusion profile and a greater Faradaic current density, along with a smaller relative double layer capacitance, which together give a significantly increased signal to noise ratio compared to macroelectrodes. This potentially makes nanoelectrodes better sensors and analytical tools than macroelectrodes in terms of their having lower limits of detection and faster detection times. However, due to difficulties with fabrication most nanoelectrode designs are highly irreproducible which has inhibited their characterisation and commercial development. The Mount group has previously reported the design, fabrication and characterisation of a novel nanoelectrode design in conjunction with Engineers from the Scottish Microelectronic Centre (SMC). Microsquare Nanoband Edge Electrode arrays (MNEEs) consist of an array of cavities with nanoscale Pt bands (formed by sandwiching the metal between insulating layers) exposed around their perimeter. MNEEs are fabricated using a photolithographic process so can be reproducibly made in large quantities to high fidelity. The purpose of this work is to develop our understanding of the fundamental electrochemical behaviour of MNEEs for biosensing. First, a quantitative analysis of the cyclic voltammograms (CVs) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) of macroelectrodes, microelectrodes and MNEE are compared and discussed. Second, their fundamental response is compared in terms of their biosensing properties by using a pre-established impedimetric biosensing protocol developed on macroelectrodes. This protocol uses a PNA probe to detect the mecA cassette of methicillin resistant staphylococcus aureus (MRSA). The procedure has been optimised and compared for macroelectrodes, microelectrodes and MNEE so as to compare their performances as biosensors. It was observed that MNEE’s: (a) form thiol films faster than electrodes with larger dimensions, determined by kinetic studies of 6-mercaptohexan-1-ol film formation (b) form films with different packing structures dependant on the electrode bulk to edge ratio (c) can detect the same concentration of target in less time than larger electrodes because of their increased sensitivity. The film packing has also been quantitatively investigated using EIS and it can be seen that films formed n MNEE were better able to incorporate target DNA into their more splayed out structure. Unique to this project has been the establishment of a protocol to form heterogeneous carbazole-alanine hydrogel matrices on nanoelectrodes, whose polymerisation is initiated by a pH swing at the electrode surface induced by the oxidation of hydroquinone. The gels growth pattern follows the diffusion field at the electrode and can be monitored using EIS. This also gives a measure of the permeability of the gel by fitting to the correct equivalent circuit. The gel structure has been imaged using light microscopy, confocal microscopy and scanning electrochemical microscopy (SEM). The results give a visual demonstration that MNEE has enhanced diffusion at the corners of the cavities, which is in agreement with previously published simulations, and give evidence as to the onset of hemispherical diffusion and the conditions at which the diffusion field between neighbouring electrodes begin to overlap, a phenomenon which can be observed visually and correlated to changes in the EIS data. Hydrogels have been grown chronopotentiometrically at different currents and the permittivity (through the diffusion coefficients) has been measured of redox couples through gels grown at different speeds. It was found that the hierarchical structure of the hydrogels can be tuned; potentially opening the door to a new breed of tuneable, biocompatible anti-biofouling matrices on bio-functionalised electrodes. The system was characterised using the same MRSA detection protocol as optimised for the MNEE and the target DNA was found to be able to permeate through the hydrogels and bind to the probe, which resulted in a significant change in impedance.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-25Bitstream added on 2014-06-13T20:30:01Z : No. of bitstreams: 1 dantas_car_me_bauru.pdf: 1072201 bytes, checksum: 3b91c91a3b84d11cccc4310009eed914 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Fabricamos neste trabalho microcanais em uma matriz de PDMS para otimização de uma configuração que permita, futuramente, a inserção de eletrodos interdigitados no interior dos mesmos para a integração da língua eletrônica que estamos trabalhando ao longo dos últimos anos com dispositivos lab-on-a-chip. O objetivo final é a fabricação de um sensor tongue-on-a-chip, não havendo nada similar na literatura até o presente momento, tendo-se em vista, principalmente, o potencial de aplicação de ambos dispositivos (língua eletrônica e lab-on-a-chip). Neste sentido, esta dissertação torna-se uma chave importante para o desenvolvimento de uma tecnologia nova e com forte apelo comercial. Como a fabricação dos microcanais envolve técnicas e equipamentos de litografia que não dispomos em nossos laboratórios, estendemos colaborações com o laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS - através de um projeto específico nessa linha de atuação), onde fabricamos os microcanais e eletrodos interdigitados envolvidos neste trabalho. Como é a primeira vez que a microfluídica está sendo aplicada em dispositivos do tipo língua eletrônica, tivemos um trabalho minucioso de verificação das melhores condições envolvidas na fabricação dos dispositivos. As medidas em fluxo no interior dos microcanais mostraram-se mais rápidas e eficientes que as estáticas utilizadas anteriormente, e, adicionalmente à redução no volume das amostras analisadas com os microcanais, necessitamos ainda de um refinamento para aplicações futuras (análises clínicas e biológicas, controle ambiental, análise de bebidas...), pois o maior empecilho encontrado até o momento tem sio a selagem do dispositivo devido à deposição de filmes ultrafinos sobre os eletrodos metálicos, que esperamos resolver em trabalhos futuros. / In this work microchannels were fabricated in a PDMS matrix to optimize a configuration that allows, in future works, the insertion of interdigitated electrodes into the microchannel for the integration of the electronic tongue that we have being working in the last couple of years with lab-on-a-chip devices. The final goal is the fabrication of a tongue-on-a-chip sensor, having nothing similar in the literature up to date, bearing in mind the high potential of application of both devices (electronic tongue and lab-on-a-chip). In that sense, this Msc work becomes an important key to the development of a new technology with strong commercial appeal. As the microchannel fabrication needs equipments and techniques not available in our laboratory, we extend the collaboration with the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS - throughout a specific project in this area) where the microchannels and interdigitated electrodes were fabricated. As it is the first time microfluidic is applied in e-tongue sensors, we did a detailed work verifying the best conditions involved in the device fabrication. Flow measurements inside the microchannels shown to be faster and more efficient than the static ones previously made, and, besides the volume reduction of the samples analysed with the microchannels, we still need a refinement for future applications (clinical and biological analysis, environmental control, beverage analysis, ...), as the major problem has being the sealing of the device due to the deposition of ultra-thin films onto the interdigitated electrodes, which we hope to solve in future works.

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

O presente trabalho está direcionado à pesquisa básica de novos materiais com propriedades adequadas para armazenamento de íons lítio e aplicação em dispositivos eletrocrômicos. Realizou-se uma investigação eletroquímica de nanocompósitos automontados à base de hexaniobato (H2K2Nb6O17)/polialilamina (PAH), além da sua morfologia e os efeitos gerados pelo transporte iônico e eletrônico nas propriedades eletrocrômicas, visando um melhor entendimento dos processos envolvidos em eletrodos com alta eficiência eletrocrômica. Filmes finos foram crescidos a partir do método de automontagem layer-by-layer (LbL), o que permite o controle da espessura e nanoarquitetura, de forma a aumentar a velocidade de difusão de íons lítio na matriz H2K2RNb6O17/PAH, que corresponde a velocidade limitante da reação. Propõe-se um novo método para a determinação do coeficiente de difusão óptico de íons lítio nestes filmes, baseado na Técnica de Titulação Galvanostática Intermitente (GITT). Eletrodos modificados como H2K2Nb6O17, obtidos a partir dos métodos dip-coating e casting também foram examinados para uma melhor compreensão a respeito da intercalação dos íons lítio na matriz hospedeira. / This work is devoted to the basic research of new materials with properties suitable for storage of lithium ions and application in electrochromic devices. An electrochemical investigation of self-assembled nanocomposites based on hexaniobate (H2K2Nb6O17) / poly(allylamine hydrochloride) (PAH) was performed, as well as their morphology and the effects generated by the electronic and ionic transports on the electrochromic properties, aiming at a better understanding of the processes involved in electrodes with high electrochromic efficiency. Thin films were grown by means of the layer-by-layer (LBL) self-assembly method, which enables the control of thickness and nanoarchitecture in order to increase the diffusion speed of lithium ions in the matrix H2KR2Nb6O17/PAH that corresponds to the limiting-rate step of the reaction. A new method, based on the Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT), was proposed for determining the optical diffusion coefficient of lithium ions in the films. H2KR2Nb6O17 modified electrodes obtained from the dip-coating and casting methods were also examined for a better understanding on the intercalation of lithium ions in the host matrix.

Filmes finos de dióxido de titânio (TiO2), ácido poli(vinil sulfônico) (PVS) e oxo-hidroxo de tungstênio (WOxHy) foram preparados a partir do método de automontagem Layer-by-Layer (LbL), permitindo um alto controle de espessura e nanoarquitetura. As propriedades de armazenamento e transporte de íons lítio foram investigadas visando à utilização destes materiais em baterias secundárias e dispositivos eletrocrômicos. Foram utilizadas as técnicas de microscopia de força atômica (AFM), voltametria cíclica, cronoamperometria, titulação galvanostática intermitente (GITT), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e espectroscopia eletrônica. Os filmes apresentaram boa ciclabilidade e reversibilidade química nos processos de intercalação/desintercalação de íons lítio. Os filmes TiO2, TiO2/PVS e TiO2/WOxHy apresentaram carga reversível de 254 mC.cm-3, 260 mC.cm-3 e 296 mC.cm-3, respectivamente, e eficiência eletrocrômica de 30,9 cm2.C-1, 26,1 cm2.C-1 e 24,9 cm2.C-1, respectivamente, sob a incidência de radiação eletromagnética monocromática em 660 nm. Finalmente, valores do coeficiente de difusão de íons lítio foram determinados e relacionados com as capacidades específicas e com a velocidade da frente de onda colorida, a partir do modelo proposto neste trabalho. / Thin films of titanium dioxide (TiO2), poly(vinyl sulfonic acid) (PVS) and tungsten oxo-hydroxy (WOxHy) were prepared using the Layer-by-Layer (LbL) method, allowing for strict control of its thickness and nanoarchitecture. The properties of these films concerning lithium ion transport and storage were investigated, so that these materials can be applied in secondary batteries and electrochromic devices in the future. The films were characterized by atomic force microscopy (AFM), cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry, galvanostatic intermittent titration technique (GITT), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and electronic spectroscopy. The films presented good chemical cyclability and reversibility regarding the Li+ insertion and deinsertion process. TiO2, TiO2/PVS, and TiO2/WOxHy films presented reversible charge about 254 mC.cm-3, 260 mC.cm-3, and 296 mC.cm-3, respectively, and coloration efficiency under 660 nm radiation of 30.9 cm2.C-1, 26.1 cm2.C-1, and 24.9 cm2.C-1, respectively. Finally, lithium ion diffusion coefficients can be determined and related with specific capacities and diffusion of coloring waves using the model proposed in this work.

A modificação de eletrodos por sistemas auto-organizados (SAM) é um dos temas mais discutidos em eletroquímica e eletroanalítica, principalmente por elevar a biocompatibilidade destas superfícies. O foco principal deste trabalho está na transferência eletrônica através das SAMs de moléculas de alcanotióis sobre a superfície de eletrodos de ouro. Com a finalidade de investigar o comportamento eletroquímico do par redox [Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-,, as superfícies de ouro foram modificadas com SAMs de alcanotióis com cadeias carbônicas de diferentes comprimentos e suas misturas. Desta forma, foi possível observar que as superfícies modificadas com monocamadas com 2, 3 ou 4 átomos de carbono em sua cadeia permitem que a transferência de elétrons ocorra através da SAM, produzindo perfis voltamétricos muito similares aos observados com a superfície de ouro sem a modificação. Com cadeias carbônicas longas (até 11 átomos de carbono), a transferência eletrônica é totalmente bloqueada e nenhum perfil voltamétrico foi observado. Com o objetivo de explorar o bloqueio total da superfície modificada de moléculas de alcanotióis de cadeias longas, os excessos superficiais foram calculados por meio da carga voltamétrica obtida da dessorção redutiva. Observaram-se valores de excesso superficial próximos a 9,0x10-10 mol/cm2, o que demonstra uma cobertura completa dos sítios ativos da superfície, justificando assim a ausência da resposta eletroquímica. A superfície modificada com as misturas de monocamadas de cadeias carbônicas longas e curtas promoveu respostas voltamétricas interessantes, desde que as moléculas de cadeias curtas contenham menos que 4 átomos de carbono. Neste caso, respostas voltamétricas sigmoidais similares às de ultramicroeletrodos (UMEs) foram obtidas. Este efeito foi associado com a formação de conjuntos de UMEs formados na superfície do eletrodo. O raio e a separação entre os UMEs nestas superfícies foram calculados como sendo 42 e 221 µm, respectivamente. Um total de 60 UMEs foi encontrado na superfície modificada. Estes UMEs foram formados por moléculas de cadeias menores totalmente emparedadas por cadeias maiores (moléculas de ácido 11- mercaptoundecanóico). Este comportamento reforça o propósito de que a transferência dos elétrons ocorra através das monocamadas de cadeia menor e que as moléculas de cadeia longa bloqueiam a superfície. Todos os experimentos voltamétricos foram seguidos de análises de espectroscopia de impedância eletroquímica os quais permitiram determinar a resistência de transferência de carga para cada modificação. Superfícies modificadas com alcanotióis de cadeia longa apresentaram elevados valores de transferência de carga, enquanto que as superfícies modificadas com alcanotióis de cadeia curta apresentam baixos valores de transferência eletrônica, em concordância com o comportamento voltamétrico observado. Finalmente, a organização de cada monocamada foi monitorada utilizando a microbalança eletroquímica de cristal de quartzo. Pela variação de massa com o tempo de imersão do eletrodo na solução contendo o alcanotiól de interesse foi possível observar etapas de adsorção/dessorção, com o aumento da organização da monocamada. Os valores teóricos de variação de massa calculados para a formação de uma monocamada completa na superfície eletroquímica, apresentaram excelente concordância com os dados experimentais obtidos pelo monitoramento do sistema ao longo dos experimentos (depois de aproximadamente 2 horas de imersão). / The modification of electrode surfaces with self-assembled monolayer (SAM) is one of the top subjects in electrochemistry and electroanalysis, mainly due to its much enhanced biocompatibility. In this study, the focuses are centered in the electron transfer through SAMs of alkanothiols assembled onto gold electrode surfaces. In order to investigate the electrochemical behavior of the redox couple [Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-, Au surfaces were modified with SAMs of long and short carbon chains alkanethiols, as well as with their mixtures. In this way, it was possible to observe that surfaces modified with monolayers of 2, 3 or 4 carbon atoms in the chain allowed electrons transfer to occur through the SAM, generating a voltammetric profile very similar to those observed on bare Au surfaces. With longer carbon chains (up to 11 carbon atoms), the electron transfer was totally blocked and none voltammetric profile was observed. Aiming to explain the total blockage of the surface with long chain alkanethiols modifications, the surface excess of molecules were measured by the voltammetric charge required for their reductive desorption. It was always observed surface excesses near to 9.0x10-10 mol/cm2, which is related to a full coverage of the active sites on the surface, thus justifying the absence of electrochemical response. The surface modification with mixtures of long and short carbon chains monolayers promoted very interesting voltammetric responses, as long as the short chains contain less than 4 carbon atoms. In this case, sigmoidal voltammetric responses were obtained, very similar to those observed for ultramicroelectrodes (UMEs). Such effect was associated to the formation of UMEs arrays in the electrode surface. The radius and separation of each UME in this surface array was evaluated as 42 and 221 µm, respectively. A value of 60 UMEs were found for the entire surface. These UMEs were formed by the short chain molecules totally walled by the long chain ones (mercaptoundecanoic acid molecules). Such behavior reinforces the proposition of electron transference through the short chain alkanethiol layer and surface blockage by the long chain one. All the voltammetric experiments were followed by electrochemical impedance spectroscopic analysis which allowed were determined the charge transfer resistance for each modification. Very large values were determined for long carbon chains while for the short chains much smaller resistance values were found, as expected by the voltammetric behavior. Finally, the assembling of each monolayer was followed by quartz crystal microbalance measurements. By the electrode mass variation with time of immersion in a solution containing the alkanethiol of interest it was possible to observe several steps of adsorption/desorption, as the organization of the monolayer increases. The theoretical values for mass variation for a full monolayer in the electrochemical surfaces were found to be in highly agreement with the experimental ones, measured in long time experiments (after approximately 2 hours of immersion).

Este trabalho descreve a preparação, a caracterização e o uso de um biossensor bienzimático confeccionado com as enzimas glicose oxidase e frutose dehidrogenase imobilizadas em camadas auto-organizadas ou self-assembled monolayers (SAMs) de cistamina para a quantificação de açúcares em alimentos. Após o preparo do eletrodo de ouro com a SAM de cistamina, biossensores foram construídos e para obtenção de melhores respostas, condições foram otimizadas, tais como: concentração do mediador tetratiafulvaleno (TTF), porcentagem de glutaraldeído, temperatura e tempo de vida do biossensor. Com as condições estabelecidas, fez-se então, a determinação analítica da D-glicose e da D-frutose em eletrólito puro pelo método da adição de padrão e os resultados foram obtidos por voltametria cíclica e cronoamperometria. A corrente de pico de oxidação do mediador de elétrons (TTF) aumentou proporcionalmente com o aumento da concentração e não ocorreram deslocamentos nos potenciais de pico. Os limites de detecção (LD) foram encontrados por meio do desvio padrão da média aritmética de dez amperogramas do branco no potencial equivalente aos dos picos de oxidação do mediador de elétrons TTF, juntamente com o valor do coeficiente angular da curva analítica. Após a obtenção da curva analítica o biossensor foi aplicado diretamente em amostras de refrigerante dietético e não dietético, bem como em amostras de adoçantes comerciais, onde foram realizados testes comparativos da resposta dos biossensores. Para o eletrólito puro e amostras de refrigerante dietético e de adoçantes, ou seja, onde não há presença de D-glicose e D-frutose, notou-se a ausência de corrente de pico, enquanto que para as amostras de refrigerante não dietético, houve um valor significativo de resposta de corrente, indicando a presença dos açúcares em estudo. Com o propósito de verificar a influência de interferentes e o efeito de matriz, foi construída uma curva analítica para a D-glicose e para a D-frutose, em amostras de refrigerante dietético e adoçantes, onde foram obtidas as menores quantidade destes açúcares. Para o refrigerante não dietético, foi determinado o valor inicial dos açúcares presentes nas amostras. Pode-se afirmar que a utilização dos biossensores baseados nas enzimas GOx e FDH mostraram-se eficientes para a determinação dos açúcares D-glicose e D-frutose nas amostras analisadas (com diferença significativa nos valores de corrente), apresentando uma resposta rápida, além da eliminação do efeito da matriz. A utilização do mediador de elétrons (TTF) possibilitou a reação em potencial próximo de zero, diminuindo o efeito de interferentes e evitando a desnaturação das enzimas. / This work describes the preparation, characterization and application of a bienzymatic biosensor based in the glucose oxidaze and fructose dehydrogenase immobilized on self-assembled monolayer of cystamine for sugar quantification in foodstuff. After the modification of the gold electrode with cystamine, the biosensors were developed and optimized for best responses. Optimization parameters were: mediator tetrathiafulvalene (TTF) concentration, glutaraldehyde percentage, temperature and life time of the biosensor. With the best conditions established, the analytical determinations of d-glucose and d-fructose in pure phosphate buffer were conducted by the standard additions method and the results obtained by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The oxidation peak current related to the TTF voltammetric behavior raised proportionally to the increasing concentration of d-glucose or d-fructose, in a given and constant peak potential. The methodology detection limits were found using the standard deviation of ten chronoamperograms of the blank solution, in the potential value corresponding to that of TTF oxidation, and the slope of the analytical curve. After the analytical curve acquirement the biosensor was directly applied in samples of diet or non-diet softdrinks, as well as in commercial sweeteners samples, with comparative tests of the biosensor responses. For pure electrolyte and for diet foodstuff samples, i.e., were there is not expectation for d-glucose or d-fructose existence, it was detected the lack of the voltammetric peak associated with the mediator oxidation. In non-diet samples, a pronounced voltammetric peak was obtained, testifying the presence of sugar in the electrolytes under study. The matrix effect was verified by means of an analytical curve obtained for both analytes (d-glucose and d-fructose), in diet and sweeteners samples, properly spiked with known amounts of each analyte. It can be concluded that the utilization of the biosensor based in GOx and FDH showed to be efficient for d-glucose and d-fructose determinations in the analysed samples, with a fast response time and elimination of the matrix effect. The mediator promoted the electrochemical reaction to occur in potentials very close to zero, minimizing the interferences or the enzyme denaturation.

Monocamadas auto-organizadas formadas pela quimissorção de alcanotióis sobre ouro apresentam estruturas bem definidas, organizadas e reprodutíveis. As propriedades de SAMs, aliadas à facilidade de síntese, têm atraído o interesse da comunidade cientifica o que ocasionou um grande avanço na área de nanotecnologia, especialmente em engenharia de superfícies. Neste trabalho, avaliou-se a modificação de um substrato de ouro com uma mistura dos ácidos 3-mercaptopropiônico e 11-mercaptoundecanóico. Com isso procurou-se controlar a configuração da superfície da SAM a fim de se obter um arranjo com ilhas de 3amp circundadas por 11amu, similar a um conjunto de ultramicroeletrodos. A SAM mista foi produzida por incubação de um substrato de ouro em solução etanólica contendo ambos os tiois. O estudo do processo redox do par [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3- demonstrou que monocamadas de 3amp se comportam como a superfície de ouro não modificado, apresentando os mesmos valores de corrente de pico (Ip), potencial de pico (Ep) e resistência de transferência de carga (Rtc), pois permitem que ocorra a transferência eletrônica por efeito de tunelamento quântico dos elétrons através da monocamada. Entretanto monocamadas de 11amu demonstram comportamento isolante, apresentando uma Rtc 250 vezes maior e Ip significativamente menores que a observada para a SAM-3amp. As cargas de dessorção redutiva e variação de massa obtidas com a MECQ para a SAM mista evidenciaram alto recobrimento da superfície e um mecanismo de adsorção que varia com o tempo de incubação do substrato em solução contendo os tiois. Assim, a configuração da superfície com domínios de 3amp bem estabelecidos é alcançada com 20 horas de incubação do substrato. O perfil observado com a voltametria cíclica, aliado aos dados obtidos com a EIE comprova a existência de segregação de fases na SAM mista contendo regiões recobertas pelo 3amp (raio médio de 4,3 µm) circundadas por 11amu (com separação média de 75,42 µm). O estudo do comportamento eletroquímico do fisetin confirma o surgimento de propriedades diferenciadas com a SAM mista, onde observou-se apenas um processo redox sem que o analito permanecesse adsorvido na superfície da SAM. Todavia para a SAM-3amp e ouro não modificado foi observado dois processos redoxes seguido de adsorção irreversível do produto da reação na superfície eletródica. Utilizando a SAM mista como sensor eletroquímico para determinação de fisetin em água alcançou-se um limite de detecção de 1,67 x10-8 mol L-1. / Self-assembled monolayers obtained by chemiosorption of alkanethiols on gold present well-defined, organized and reproducible structures. The unique properties exhibited by such surfaces, allied to the great facility to obtain, have attracted the interest of the scientific community and caused a significant advance in the nanotechnology research, especially in the surface engineering one. In this work, the modification of gold substrate with a mixture of 3-mercaptopropionic acid and 11-mercaptoundecanoic acid was evaluated. The aim was control the surface of the SAMs in order to obtain an island arrangement of 3mpa isolated by 11mua, similar to an array of ultramicroelectrodes. The mixed-SAM was built by the incubation of Au substrate in an ethanolic solution containing both thiols. The redox couple [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3- study demonstrated that pure 3mpa monolayers behaves like the bare gold surface, presenting barely the same parameters of peak current (Ip), peak potential (Ep) and charge transfer resistance (Rct), since it allows the electronic transference to occurs by quantum tunneling effect through the monolayer. On the other hand the 11mua monolayers showed an insulating behavior and a Rct value nearly 250 times greater and, consequently, Ip values significantly less than that for 3mpa. The reductive desorption charges and mass changes obtained with an EQCM for the mixed-SAM indicated the high coverage of gold surface and a adsorption mechanism that depends on the incubation time of the substrate in the thiols solution. The surface configuration with 3mpa domains is reached after 20 hours of immersion. The cyclic voltammetric profile, together with the data from electrochemical impedance spectroscopy , proved the existence of phases segregation in the mixed-SAM with surface regions covered solely by 3mpa (with mean radius of 4.3 µm) surrounded by 11mua with a mean separation of 75.42 µm. The electrochemical behavior of the flavonoid fisetin confirms the rising of differentiated properties with the mixed-SAM, where only one electrochemical process was able to be observed, without irreversible adsorption of the analyte. For 3mpa and bare gold surfaces, two (or more) electrochemical processes were observed together with the blocking of the electrode surface by irreversible adsorption of the reaction product. The utilization of the mixed-SAM with electrochemical sensor for fisetin determination in pure water yielded a detection limit of 1.67 x10-8 mol L-1.

Neste trabalho realizou-se o estudo estrutural e termodinâmico de sistemas micelares em solução formados por surfactantes de diferentes classes, tais como SDS (aniônico), TTAB (catiônico), DM (não-iônico) e SB310 (zwiteriônico). A abordagem experimental proposta neste trabalho consiste do estudo simultâneo de aspectos estruturais e termodinâmicos. Para o estudo estrutural utilizou-se as técnicas de raios X à baixo ângulo (SAXS) e Condutimetria, e pelo ajuste dos dados experimentais pode-se determinar parâmetros como a anisotropia de forma, número de agregação, grau de ionização, bem como a concentração micelar crítica das micelas em solução. O comportamento da função de distribuição de pares de distância permitiu concluir que todas as micelas formam estruturas do tipo core-shell, porém diferem em tamanho dependendo da composição da micela. O buffer usado é possivelmente o responsável por causar a diminuição da concentração micelar crítica e aumento do grau de ionização (para surfactantes iônicos) quando comparados os valores obtidos neste trabalho com aqueles da literatura, que em geral usa água como solvente. Para o estudo termodinâmico utilizou-se a técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) e pelo ajuste dos dados experimentais pode-se determinar os valores de entalpia micelar e concentração micelar crítica. A combinação dos resultados obtidos das técnicas de ITC e Condutimetria permitiu calcular o valor energia livre de Gibbs e a entropia de micelização. A partir da determinação dos parâmetros descritos acima, pode-se caracterizar a estrutura e aspectos termodinâmicos de micelas em solução. A metodologia apresentada neste manuscrito consegue fornecer parâmetros independentes e ao mesmo tempo complementares, o que acaba permitindo um estudo correlacionado e confiável. / In this work was carried out the study of the structural and thermodynamic of micelar systems in solution formed by different classes of surfactants such as SDS (anionic) TTAB (cationic), DM (non-ionic) and SB310 (zwitterionic). The experimental approach proposed in this manuscript consists of the simultaneous study of structural and thermodynamic aspects. For structural studies it was utilized the techniques of Small Angle X ray Scattering (SAXS) and Conductometry, and by fitting the experimental data it was possible to evaluate parameters such as the anisotropy, aggregation number, degree of ionization, and the critical micelle concentration of the micelles in solution. From the analysis of the behavior of the pair distance distribution function we concluded that the micelles form \"core-shell\" structures, but differ in size depending on the composition of the micelle. The buffer used is possibly responsible for causing the decrease of critical micelle concentration and the increase of the degree of ionization (for ionic surfactants) when values obtained in this study are compared to those ones in the literature, which usually uses water as a solvent. For the thermodynamic study we have used the technique of Isothermal Titration Calorimetry (ITC) and by fitting the experimental data we could determine the enthalpy values and critical micelle concentration. The combination of the results of ITC and Conductometry techniques allowed us to evaluate the value of Gibbs free energy and entropy of micellization. From the determination of the parameters described above we could characterize the structure and thermodynamic aspects of the micelles in solution. The methodology presented in this work can provide independent and complementary parameters, which ends up allowing a correlated and reliable study.

III-V semiconductors have higher charge carrier mobilities than silicon and are used in photovoltaic devices, optical sensors, and emitters. The high injection velocities obtained with III-V channels allow for faster transistors with low power consumption. However, the large-scale implementation in electronic devices is currently limited by the defective interface formed between III-Vs and their oxides. Clean III-V surfaces are highly reactive in air and form amorphous oxides that lead to a high density of dangling bonds. Satisfying these dangling bonds has been associated with an improvement in electrical performance, directing the development of strategies that decrease the surface reactivity (chemical passivation) and the density of surface states that cause power dissipation (electrical passivation). Sulfur bonds easily to III-V surfaces and has been used to chemically and electrically passivate GaAs. In this work, we investigated liquid phase sulfur chemistries in the chemical passivation of clean InSb(100) and In0.53Ga0.47As(100) surfaces terminated by their group V elements. Our strategy consisted of maximizing the number of bonds between sulfur and antimony or arsenic. A long alkane chain thiol, 1-eicosanethiol (ET, 20 carbon atoms), was used to produce a hydrophobic surface and deposit a dense organic layer by taking advantage of the van der Waals interactions between thiol molecules. The first part of the study involved the optimization of the thiol deposition process on InSb. Self-assembled alkanethiol monolayers were formed by immersing clean InSb substrates in ET solutions in ethanol for 20 h. The layers prevented the formation of detectable oxides for 20 min based on the O Auger x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) peak. The thiol layer was completely removed by heating the surface to 227 C in vacuum. In the second part of the study, a 20 h ET deposition was performed on In0.53Ga0.47As(100), and re-oxidation was prevented for up to 4 min based on the O 1s XPS peak. The alkanethiolate layer was removed by heating the samples to 350 C in vacuum. The sulfur coverage after 20 min and 20 h ET depositions was increased by performing a second immersion in (NH4)2S without modifying the thickness of the layer. The best process studied consisted of a 20 h immersion in ET solution followed by a short (NH4)2S step, preventing the formation of oxides for up to 9 min. This is due to the presence of available surface sites and weakly bonded molecules in the layer after a long 20 h ET process. The chemical passivation effect is not uniquely influenced by surface termination, roughness, or lattice constant, but is rather a result of a combination of these factors. Future work will involve the fabrication and electrical characterization of III-V devices modified with various chemical passivation strategies.