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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.46.2015.tde-01102015-084001
Document
Author
Full name
Alex da Silva Lima
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Bertotti, Mauro (President)
Damos, Flavio Santos
Ferreira, Tiago Luiz
Gutz, Ivano Gebhardt Rolf
Suffredini, Hugo Barbosa
Title in Portuguese
Uso da microscopia eletroquímica de varredura (SECM) no estudo de sistemas micelares e do transporte de espécies químicas através de membranas lipídicas
Keywords in Portuguese
Bicamadas lipídicas
Micelas
Microeletrodo
Microscopia eletroquímica de varredura
Abstract in Portuguese
A presente tese versa sobre resultados obtidos na aplicação da microscopia eletroquímica de varredura no estudo de sistemas micelares e no estudo de bicamadas lipídicas. Os estudos envolvendo sistemas micelares foram realizados utilizando a SECM no modo substrato-gerador/microeletrodo-coletor. Neste modo de operação, um microeletrodo de platina foi posicionado próximo a um substrato de platina e utilizado para monitorar espécies eletrogeradas nesse substrato. Conhecendo o tempo necessário para a espécie eletrogerada difundir do substrato até o microeletrodo, foi possível aplicar a equação de Einstein-Smoluchowski para determinar o coeficiente de difusão da espécie eletroativa e de micelas de surfactantes. Como as micelas não são eletroativas, o ferroceno eletrogerado no substrato e incorporado nas micelas foi utilizado como sonda para a estimativa do tempo de difusão. Os resultados obtidos para o surfactante brometo de tetradecil trimetil amônio (C14TABr) corroboram dados reportados na literatura, demonstrando a utilidade da metodologia proposta no estudo de sistema micelares. Também foram realizados experimentos envolvendo micelas do surfactante cloreto de 1-alquil-3-metilimidazólio, CxMelmCl (x = 10, 12, 14, 16) e com os resultados obtidos foi possível evidenciar o efeito da cadeia carbônica no coeficiente de difusão das espécies. Os experimentos envolvendo a permeação de substâncias através de bicamadas lipídicas foram realizados em duas etapas. Os primeiros ensaios foram realizados utilizando modelo de membrana semipermeável (papel celofane) com o intuito de verificar a aplicabilidade da SECM no monitoramento de espécies eletroativas que permeiam através da membrana. Na segunda etapa, apresentou-se metodologia para a obtenção de microfuros em folhas de poliestireno utilizados para a formação das bicamadas lipídicas, assim como detalhes sobre a construção da célula de medidas utilizadas nos experimentos de permeação. Foram realizados experimentos envolvendo o uso de bicamadas lipídicas planas obtidas pelo método de Miller preparadas com lecitina de soja. Esses experimentos foram realizados com o intuito de avaliar a estabilidade e para verificar a permeabilidade de algumas substâncias nas bicamadas formadas. Os experimentos de permeação foram realizados posicionando um microeletrodo próximo à membrana, com posterior detecção amperométrica da espécie eletroativa que atravessa a membrana.
Title in English
The use of scanning electrochemical microscopy (SECM) on studies of micellar systems and in the transport of chemical species through lipid membranes
Keywords in English
Lipid bilayers
Micelles
Microelectrode
Scanning electrochemical microscopy
Abstract in English
This thesis shows results on the use of scanning electrochemical microscopy in the study of micellar systems and lipid bilayers. Studies involving micellar systems were performed by using SECM in the substrate-generator/tip-collector mode. In this operation mode a platinum microelectrode was positioned close to a platinum substrate and used to monitor electrogenerated species on this surface. Taking into account the time for the electrogenerated species to diffuse from the substrate to the microelectrode, the diffusion coefficient of the electroactive species and of the micelles can be calculated by applying the Einstein-Smoluchowski equation. As micelles are not electroactive, ferrocene electrogenerated on the substrate and incorporated into the micelles was used as a probe to estimate the diffusion time. The results obtained for tetradecyl trimethyl ammonium bromide (C14TABr) corroborate those reported in the literature, demonstrating the applicability of the proposed methodology in the study of micellar systems. Experiments with micelles obtained from 1-alkyl-3-methylimidazolium, CxMelmCl (x = 10, 12, 14, 16) chloride surfactants were also performed and results showed the effect of the carbon chain in the diffusion coefficient. Experiments involving the permeation of chemical species through lipid bilayers were carried out in two steps. A membrane model (cellophane) was preliminary used in order to investigate the possibility of using SECM as a tool for monitoring the permeation of electroactive species through the membrane. Then, a methodology for obtaining microholes in polystyrene sheets used to form lipid bilayers was presented, as well as details about the design of an electrochemical cell used in the permeation experiments. Experiments involving the use of planar lipid bilayers obtained by the method of Miller prepared using soybean lecithin were performed. These experiments were carried out in order to evaluate the stability and to check the permeation of some substances through the prepared bilayers. Permeation experiments were performed by placing the microelectrode close to the membrane with subsequent amperometric detection of any electroactive species that cross the membrane
 
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Publishing Date
2015-11-11
 
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