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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.75.2013.tde-28112013-114944
Document
Auteur
Nom complet
Tiago Augusto da Silva
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2013
Directeur
Jury
Machado, Sergio Antonio Spinola (Président)
Carrilho, Emanuel
Correia, Adriana Nunes
Titre en portugais
Desenvolvimento e caracterização de sensores eletroquímicos baseados em nanotubos de carbono alinhados com DNA para a detecção de bisfenol A
Mots-clés en portugais
bisfenol-A
DNA
nanotubos
Resumé en portugais
Neste trabalho foram imobilizados nanotubos de carbono de parede simples sobre um eletrodo de ouro policristalino gerando uma camada de nanotubos alinhados verticalmente na superfície do eletrodo. Para isto, foi utilizado um fragmento de DNA (ssDNA tiol-terminado (5-HS-TGG-GGT-TTA-TGG-AAA-TTGGAA-3)) que foi posicionado ao redor do nanotubo de carbono com o procedimento seguinte: 1,0 mg SWCNT funcionalizado foi misturado com 1,0 mL de uma solução de ssDNA de 1,0 µmol L-1, e o ssDNA foi preparado em 0,1 molL-1 de PBS contendo cloreto de sódio a 10% (v / v). Em seguida, a mistura foi sonicada usando uma sonda de ultra-som por 45 min e depois centrifugada a 10000 rpm por 30 min. Finalmente, um eletrodo de Au previamente limpo foi imerso na solução de sobrenadante e monocamadas auto-organizadas (SAM), que consistem de ssDNA/SWCNT foram formadas durante 24 h numa sala refrigerada a 4 °C. As características morfológicas dos eletrodos foram determinadas por microscopia de força atômica, observando-se o alinhamento vertical, que alterou a rugosidade do eletrodo de 1,95 nm para 47,5 nm, com a altura média dos SWCNTs de 260,3 nm, com um desvio padrão relativo de 19,9%. O comportamento eletroquímico do eletrodo de ouro modificado com o hibrido ssDNA/SWCNT foi caracterizado utilizando voltametria cíclica em meio de Na2SO4 0,1 mol L-1 contendo K3Fe(CN)6 5,0 mmol L-1, com velocidade de varredura de potencial de 50 mVs-1. Observou-se que a reversibilidade do par redox Fe(CN)63-/Fe(CN)64- é maior para o eletrodo modificado com ssDNA/SWCNT (ΔEpico= 80 mV) quando comparado ao eletrodo de Au (ΔEpico = 115 mV). A modificação proporcionou uma resposta mais eletrocatalítica com um deslocamento de 43 mV para valores menos positivos do potencial de oxidação do Fe(CN)63-. A oxidação no eletrodo de Au/ssDNA/SWCNTs ocorre em +417 mV e no eletrodo de Au em +460 mV. Este aumento de reversibilidade foi quantificado por espectroscopia eletroquímica de impedância faradaica, onde se encontrou os valores de constantes de velocidade de 7.56 × 10-5 cm s-1 para o eletrodo modificado e apenas 3,36 × 10-5 cm s-1 para o de ouro puro. O efeito da modificação da superfície Au com o nanohíbrido ssDNA / SWCNT na oxidação do bisfenol-A (BPA) foi avaliado em Na2SO4 0,1 mol L-1, pH 6,0, contendo 100 µmol L-1 de BPA por voltametria cíclica a 50 mV s-1. Observou-se um processo de oxidação com um pico voltamétrico anódico num valor de potencial de 510 mV. Este processo de oxidação está relacionado com a eletro-oxidação de BPA para íons fenoxeno. O processo ocorreu em um potencial menos positivo do que o valor observado para o eletrodo de Au não modificado, ou seja 720 mV. Além disso, o processo oxidativo referente à superfície modificada mostrou-se mais catalítico, proporcionando um aumento do pico de oxidação de 163%.
Para a metodologia analítica, procurou-se se maximizar o sinal analítico da técnica de voltametria de pulso diferencial, DPV, assim a resposta para o eletrodo de Au/ssDNA/SWCNT foi estudada em relação ao pH, salto de potenciais e a amplitude de pulso. Os valores ótimos encontrados foram 6,0, 2 mV e 50 mV, respectivamente. Nestas condições o eletrodo de Au/ssDNA/SWCNT foi aplicado para a determinação de BPA em uma solução de Na2SO4 0,1 mol L-1, pH 6,0. A resposta analítica tem um comportamento linear na faixa entre 1,0 - 4,5 µmol L-1, de acordo com a seguinte equação: I (µA) = 0.019 (µA) + 5.82 (µA/ µmolL-1) [BPA], com um coeficiente de correlação de 0,996 (n = 10) e um limite de detecção (LOD) de 11,0 nmol L-1 (2,51 µg L-1) determinado de acordo com as recomendações da IUPAC. O valor obtido é menor que aqueles disponíveis na literatura.
Titre en anglais
Development and characterization electrochemical sensors based aligned single-walled carbon nanotubes for electrochemical bisphenol-A determination
Mots-clés en anglais
bisphenol-A
DNA
nanotubes
Resumé en anglais
In the present work, single-walled carbon nanotubes (SWCNT) were immobilized over top a polycrystalline gold electrode. This immobilization assembled a layer of vertically aligned nanotubes on the electrode surface. For this purpose, it was used a DNA probe (ssDNA thiolated (HS-5-TGG-TTA-TGG-GGT-AAA-TTGGAA-3)) that has been used to wrap the carbon nanotube as the following procedure: 1.0 mg of functionalized SWCNT was mixed with 1.0 mL of 1.0 µmol L-1 of a ssDNA solution prepared in 0.1 mol L-1 of PBS containing 10% (v/v) of sodium chloride. Next, the mixture was sonicated using an ultrasonic horn probe and then centrifuged at 10000 rpm; each process took 45 min. Finally, a previously cleaned Au electrode was immersed in the supernatant solution. Self-assembled monolayers (SAMs) consisting of ssDNA/SWCNT were formed after 24 h in a refrigerated room at 4 °C. The morphological characteristics of the electrodes were determined using atomic force microscopy. It was observed that the vertical alignment increased the electrode surface roughness of 1.95 nm to 47.5 nm. The average height of the SWCNT was calculated at 260.3 nm, with a relative standard deviation of 19.9%. The electrochemical behavior of gold electrode modified with the ssDNA/SWCNT hybrid was characterized using cyclic voltammetry (CV) in 0.1 mol L-1 of Na2SO4 containing 5.0 mmol L-1 of [K3Fe(CN)6], with a scan rate of 50 mVs-1. It was observed that the reversibility of the redox couple Fe(CN)63-/Fe(CN)64- decreased using the electrode modified with ssDNA/SWCNT (ΔEpeak = 80 mV), when compared with the Au electrode (ΔEpeak = 115 mV). The modification provided an electrocatalytic response with a shift of 43 mV to less positive values on the Fe(CN)63- oxidation potential value. The oxidation on the Au/ssDNA/SWCNT electrode occurs at +417 mV and the Au electrode at +460 mV. This improvement on the reversibility was quantified using the electrochemical impedance spectroscopy, in which it was observed an apparent constant rate at 7.56 x 10-5 cm s-1 for the modified electrode and 3.36 x 10-5 cm s-1 for pure gold. The effect of the modification of the Au surface with the nanohybrid ssDNA/SWCNT on the bisphenol A (BPA) oxidation was evaluated 0.1 mol L-1 of Na2SO4 (pH 6.0) containing 100 µmol L-1 of BPA. The system was evaluated using CV at 50 mV s-1. The CV experiments showed an oxidation process with an anodic peak potential at 510 mV. This oxidation process is attributed to the electro-oxidation of the BPA forming the fenoxene ions. The process occurred at a less positive potential value when compared with the unmodified Au electrode, i.e. 720 mV. Moreover, surface modified with the nanohybrid presented more catalytic providing an increase of 163% on the oxidation current peak. For the analytical methodology, the analytical signal was maximized. For this, the differential pulse voltammetry (DPV) parameters such as: pulse amplitude and step potential and pH were optimized. The optimum values found were pH at 6.0, pulse amplitude at 50 mV and step potential at 2 mV. In these conditions, the Au/ssDNA/SWCNT electrode was applied for the BPA determination in 0.1 mol L-1 of Na2SO4. The analytical response showed a linear relationship in a range from 1.0 to 4.5 µmol L-1, in accordance with the following equation: I (µA) = 0.019 (µA) + 5.82 (µA / µmol L-1) [BPA ], with a correlation coefficient of 0.996 (n = 10). The limit of detection (LOD) of 11.0 nmol L-1 (2.51 µg L-1) was determined in accordance with the IUPAC recommendations. The obtained value is smaller than those available in the literature.
 
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Date de Publication
2014-06-18
 
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