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Previous issue date: 2013-06-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work was described the development of new architectures for biosensors, using nanomaterials. The enzyme of interest was immobilized on glassy carbon electrode modified with multi-walled carbon nanotubes chemically treated and/or gold nanoparticles within a dihexadecylphosphate or poly(allylamine hydrochloride) film. Initially, a glassy carbon electrode (GCE) modified with functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIM) and tyrosinase (Tyr) within a dihexadecylphosphate (DHP) film for the development of a biosensor was proposed. MWCNTs, BMIM and Tyr were efficiently immobilized in the film using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide/N-hydroxysuccinimide as crosslinking agents. The film characterization was realized by cyclic voltammetry (CV) in presence of catechol. The BMIM-MWCNTs nanocomposite showed good conductivity and biocompatibility with Tyr enzyme, once that the biosensor presented biocatalytic activity to the oxidation of catechol to o-quinone which was electrochemically reduced to catechol at a potential of 0.04 V. The Tyr-BMIMMWCNTs- DHP/GCE biosensor showed wide linear range, good repeatability, sensitivity and stability and, the biosensor was successfully applied in the determination of catechol in natural water samples. The second developed biosensor was based on the modification of a GCE with gold nanoparticles (AuNPs) and Tyr within a DHP film. The enzyme immobilization was performed using cystamine and glutaraldehyde as crosslinking agents. Amperometry technique was used to obtain the analytical curve that showed linear in the concentration of catechol in the range from 2.49 × 10−6 to 9.50 × 10−5 mol L−1 with a detection limit of 1.74 × 10−7 mol L−1. The Tyr-AuNPs-DHP/GCE biosensor was applied in the determination of catechol in water samples from the UFSCar Dam. The results were satisfactory when compared with a spectrophotometric method at a 95% confidence level. Finally, the modification of a GCE with MWCNTs and AuNPs within a poly(allylamine hydrochloride) (PAH) film for the development of a novel biosensor was proposed. This approach provided an efficient method used to immobilize polyphenol oxidase (PPO) obtained from the crude extract of sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.). The principle of the analytical method is based on the inhibitory effect of sulfite on the activity of PPO, in the reduction reaction of o-quinone to catechol and/or the reaction of o-quinone with sulfite. Under the optimum experimental conditions using the differential pulse voltammetry technique, the analytical curve obtained was linear in the concentration range of sulfite from 5.0 × 10−7 to 2.2 × 10−5 mol L−1 with a detection limit of 4.0 × 10−7 mol L−1. The biosensor was successfully applied in the determination of sulfite in white and red wine samples with results in close agreement with those results obtained using a reference iodometric method at a 95% confidence level. / Neste trabalho descreve-se o desenvolvimento de novas arquiteturas para biossensores utilizando materiais nanoestruturados. A enzima de interesse foi imobilizada sobre um eletrodo de carbono vítreo modificado com nanotubos de carbono de paredes múltiplas tratados quimicamente e/ou nanopartículas de ouro em filme de dihexadecil hidrogenofosfato ou hidrocloreto de poli(alilamina). Inicialmente, foi proposto um eletrodo de carbono vítreo (GCE) modificado com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) funcionalizados, cloreto de 1-butil-3-metil-imidazol (BMIM) e tirosinase (Tyr) em filme de dihexadecil hidrogenofosfato (DHP) para o desenvolvimento de um novo biossensor. Os MWCNTs, BMIM e Tyr foram eficientemente imobilizados no filme usando 1etil-3-(3- dimetilaminopropil) carbodiimida e N-hidroxisuccinimida, como agentes de reticulação. A caracterização do filme foi feita por voltametria cíclica (CV) em presença de catecol. O nanocompósito BMIM-MWCNTs exibiu boa condutividade e biocompatibilidade com a enzima Tyr, uma vez que o biossensor mostrou atividade biocatalítica para a oxidação de catecol a o-quinona, que foi reduzida eletroquimicamente para catecol em um potencial de 0,04 V. O biossensor Tyr- BMIM-MWCNTs-DHP/GCE apresentou ampla faixa linear, boa repetibilidade, sensibilidade e estabilidade sendo aplicado com sucesso na determinação de catecol em amostras de águas naturais. O segundo biossensor desenvolvido, baseou-se na modificação de um GCE com nanopartículas de ouro (AuNPs) e Tyr em filme de DHP. A imobilização enzimática foi realizada utilizando-se cistamina e glutaraldeído como agentes de reticulação. A técnica amperométrica foi utilizada para obtenção da curva analítica que apresentou uma faixa linear na concentração de catecol de 2,49 × 10−6 a 9,50 × 10−5 mol L−1 e um limite de detecção de 1,74 × 10−7 mol L−1. O biossensor Tyr-AuNPs-DHP/GCE foi aplicado na determinação de catecol em amostras de águas naturais, da represa da UFSCar. Os resultados foram concordantes quando comparados com as concentrações obtidas empregando-se um método espectrofotométrico de referência em um nível de confiança de 95%. Por fim, foi proposta a modificação de um GCE com MWCNTs e AuNPs em filme de hidrocloreto de poli(alilamina) (PAH) para o desenvolvimento de um biossensor. Esta abordagem proporcionou um método eficiente usado para imobilizar a enzima polifenol oxidase (PPO), obtida a partir do extrato bruto de batata doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.). O princípio do método analítico baseia-se na inibição da atividade da PPO pelo sulfito, na reação de redução da o-quinona para catecol e/ou na reação entre o-quinona e sulfito. Empregando-se as melhores variáveis experimentais para a técnica de voltametria de pulso diferencial, a curva analítica obtida foi linear no intervalo de concentração de sulfito de 5,0 × 10−7 a 2,2 × 10−5 mol L−1 com um limite de detecção de 4,0 × 10−7 mol L−1. O biossensor foi aplicado com sucesso na determinação de sulfito em amostras de vinho branco e tinto com resultados satisfatórios em comparação com um método iodométrico de referência em um nível de confiança de 95%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/6282 |
| Date | 07 June 2013 |
| Creators | Vicentini, Fernando Campanhã |
| Contributors | Fatibello Filho, Orlando |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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