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(Bio)Funcionalização de superfícies de ouro via formação de ditiocarbamatos

Author(s): Almeida, Inês Bela Borralho cv logo 1

Date: 2010

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/5129

Origin: Repositório da Universidade de Lisboa

Subject(s): Reacção entre CS2-amina; Formação in-situ de ditiocarbamatos; (Bio)funcionalização; Ligação covalente de enzimas; Nanopartículas de ouro; Teses de mestrado - 2010


Description
Na preparação de biossensores, a imobilização de biomoléculas ao transdutor é crucial de modo a que a sua actividade biológica seja preservada. Este trabalho visa explorar uma via nova, simples e num só passo para imobilização de biocompostos em ouro, e para tal estudou-se a reactividade entre o CS2 e compostos que contém grupos amina, incluindo enzimas. Estudou-se a reacção entre o CS2 e a dopamina (amina primária), epinefrina (amina secundária) e o triptofano, testando três metodologias: imobilização num só passo (método 1); formação de SAM de CS2 e subsequente reacção com a amina (método 2); – reacção CS2 – amina e posterior contacto com o eléctrodo (método 3). O comportamento redox dos eléctrodos modificados pela reacção CS2 e aminas, revelou a imobilização covalente dos compostos em ouro verificando-se que o método 1, foi o que apresentou resultados mais satisfatórios, destacando-se os obtidos na reacção entre o CS2 e epinefrina. Os estudos de desadsorção redutiva das monocamadas formadas, revelaram que os desvios positivos nos Ep red observados nos eléctrodos modificados relativamente ao Ep red da SAM pura de CS2, sugerem a formação de ditiocarbamato. A reacção entre o CS2 e um enzima, Glucose Oxidase, foi realizada num só passo em meio aquoso, verificando-se actividade catalítica da GOx imobilizada para a glucose, na presença de um mediador (FMCA), ou seja, o enzima preserva a sua actividade após imobilização. A reacção entre o CS2 e a Laccase foi também preliminarmente investigada, num só passo em água, obtendo-se uma resposta enzimática da Laccase imobilizada para o substrato ABTS. Estes estudos revelam que o uso de CS2 para a formação in situ de ditiocarbamatos poderá ser utilizado como âncora de biomoléculas. A caracterização superficial dos eléctrodos modificados foi realizada por STM e AFM, sendo possível obter informação qualitativa da distribuição do enzima na superfície. Para melhorar o sinal electroquímico originado pela reacção do CS2 - amina, foram empregues Au-NPs em eléctrodos planares. As suspensões coloidais de AuNPs antes e após da modificação com CS2, CS2 e epinefrina, e CS2 e glucose oxidase foram caracterizadas por espectroscopia de UV-Visível e AFM. Foi possível imobilizar, num só passo, Au-NPs, com CS2 e epinefrina; verificando-se um aumento do sinal electroquímico correspondente à epinefrina, e também um desvio para potenciais menos positivos do processo redox, relativamente ao obtido em superfícies de ouro planas. A formação de eléctrodos tridimensionais por esta via, tem potencial aplicação no desenvolvimento de biossensores (electroquímicos e ópticos). The purpose of this work is to exploit a new simple methodology, one-step procedure, for direct biomolecule immobilisation onto gold surfaces and is necessary to study reactivity between CS2 and several amines, including direct enzyme immobilisation onto gold surfaces. In order to improve the electrochemical signal the reaction of CS2 - amine, were employed planar electrodes incorporating gold nanoparticles. Different methodologies were used for gold functionalisation: one-step (method 1); self-assembling of a CS2 monolayer and post-reaction with amine-compounds (method 2): DTCs formation in solution followed by exposure to the gold surface (method 3). The redox behaviour of modified electrodes with CS2 and dopamine (primary amine) epinephrine (secondary amine) and tryptophan (primary and secondary amine) revealed their covalent immobilisation on gold. The best result was obtained for one step immobilisation and especially the reaction between CS2 and epinephrine. Electrochemical reductive desorption studies revealed that the positive shift in the desorption potentials of SAMs formed from CS2-amines regarding the one of pure CS2 SAMs, suggests the formation of dithiocarbamate group. The reaction between CS2 and enzyme, glucose oxidase, was performed in one-step in aqueous solution. There is the existence of catalytic activity of GOx for glucose in the presence of a mediator (FMCA), enzyme retains its activity after immobilization on the surface. It was also preliminarily investigated another enzyme, Laccase, after reaction with CS2 in one-step, obtaining a response for immobilized enzyme to the substrate ABTS. These studies demonstrate that the use of CS2 for the in-situ formations of dithiocarbamates may be used to anchor biomolecules. Scanning Tunnelling Microscopy (STM) and Atomic Force Microscopy (AFM) were used to characterize the gold electrodes and enzyme distribution on the modified surfaces. The colloidal suspensions of AuNPs before and after modification with CS2, epinephrine and glucose oxidase were characterized by UV-visible spectroscopy and AFM. It was possible to immobilize, one-step, gold nanoparticles, CS2 and epinephrine, valued by AFM images, and observed that modification occurred in Au-NPs by CS2 and epinephrine, result in a higher electrochemical signal, then a larger quantity of epinephrine on the surface and a shift to negative values in the redox potentials, with possible formation of 3D structures and may then be potential to apply this system in the development of biosensors (electrochemical and optical). Tese de mestrado, Química, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010
Document Type Master Thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Semedo, Ana Pimenta da Gama da Silveira Viana, 1972-
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