Author(s): Henriques, Filipa Isabel Fonseca
Date: 2013
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/10688
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): (Bio)funcionalização; Magnetite; Biossensores; Epinefrina; Lacase; Dissulfureto de carbono (CS2); Teses de mestrado - 2013
Tese de mestrado em Química, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013
O presente trabalho visa explorar a (bio)funcionalização de nanopartículas de tipo magnetite, Fe3-xO4, (NPs), tendo em vista a sua aplicação no desenvolvimento de biossensores. Foram utilizadas NPs de 7, 20 e 60 nm, que foram testadas com CS2 e um ditiol, utilizando uma metodologia de um só passo para efetuar a sua imobilização num elétrodo de ouro (Au (111)). As NPs foram estudadas por voltametria cíclica, de forma a confirmar a sua presença nos elétrodos modificados. Os melhores resultados foram obtidos com CS2, detetando-se um processo redox melhor definido, atribuído à oxidação da magnetite (E1/2 = 0.4 V vs. SCE). A variação linear da corrente de pico do processo de oxidação versus velocidade de varrimento indicou que as nanopartículas estão adsorvidas de um modo estável à superfície do ouro. Sendo o objetivo deste trabalho a imobilização de biomoléculas em superfícies de ouro modificadas com NPs, fez-se um estudo prévio da reação do CS2 com epinefrina (composto contendo uma amina) para a formação de um ditiocarbamato, que estabelece uma ligação forte com ouro. Nestes estudos verificou-se que na presença de NPs foi possível adsorver maior quantidade de epinefrina no elétrodo. Finalmente testou-se esta metodologia utilizando um enzima, lacase, verificando-se por estudos eletroquímicos que esta preserva a sua atividade catalítica para um composto fenólico. Usando as NPs de 60 nm verificou-se, por cronoamperometria, uma melhor atividade catalítica para o substrato estudado, com uma gama linear entre 1 x 10-7 a 1.2 x 10-6 μmol L-1. Os elétrodos modificados e as NPs funcionalizadas foram caracterizados por técnicas microscópicas e espectroscópicas, permitindo confirmar a presença das NPs e de enzimas no ouro, e também a modificação das NPs com epinefrina e lacase. Demonstrou-se assim, a potencialidade da metodologia de funcionalização com base no CS2, para preparar superfícies nanoestruturadas com biomoléculas, relevantes para biossensores.
The present work’s objective was to explore the (bio)functionalization of magnetite type nanoparticles Fe3-xO4 (NPs), aiming their application in the development of biosensors. The immobilization of the NPs (with 7, 20 and 60 nm) was tested with CS2 and a dithiol, through a one-step methodology to immobilize them on a gold electrode (Au(111)). The NPs presence on the modified electrodes was confirmed by cyclic voltammetry. The best results were obtained with CS2, which resulted in a better defined pair of redox peaks, attributed to the magnetite oxidation (E1/2 = 0.4 V vs. SCE). The linear variation of the peak current vs. the scan rate indicates that the NPs were stably immobilized on the gold surface. In order to pursue the main objective, immobilization of biomolecules on a gold surface, the reaction of CS2 with epinephrine (a compound with an amine group) through the formation of a dithiocarbamate, which forms a stable bond with Au(111), was studied. It was observed that in the presence of NPs, a higher amount of epinephrine was adsorved on the electrode surface. Finally, the same methodology was employed to immobilize an enzyme, laccase. Electrochemical studies revealed that this biomolecule preserves its catalytic activity toward a phenolic compound, and the best results were obtained using the 60 nm NPs, for which the catalytic activity was improved, resulting in a linear response range from 1 x 10-7 to 1.2 x 10-6 μmol L-1. Spectroscopic and microscopic techniques were used to characterize the modified electrodes, confirming the presence of NPs and enzymes on their surface, as well as the functionalization of the NPs with epinephrine and laccase. Thus, it was possible to conclude that the proposed functionalization methodology, based on CS2, is a potential alternative, to prepare nanostructured surfaces with biomolecules, relevant to the development of biosensors.
