Filmes Nanoestruturados Mistos De Copolímero Conjugado E Urease Para Biossensores De Ureia

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Data
2017-09-21
Autores
Barbosa, Camila Gouveia [UNIFESP]
Orientadores
Philadelphi, Laura Oliveira Peres [UNIFESP]
Tipo
Tese de doutorado
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Resumo
The search for new molecular architectures to improve the efficiency of trapped enzymes in ultrathin films has increased the effectiveness of biosensors. In this work, a conjugated copolymer derived from thiophene and fluorene was investigated aiming to analyze its capacity of acting as a matrix for the immobilization of urease. Based on this fact, the copolymer poly[(9,9-dioctylfluorene)-co-thiophene] was synthesized, using the Suzuki’s reaction, and characterized by Infrared spectroscopy, Raman, UV-vis, fluorescence and thermogravimetry. Langmuir films of the polymer were prepared in the air-water interface. Urease was incorporated in the Langmuir monolayers and the properties of the mixed films were investigated in detail by surface pressure-area isotherms, polarization modulationinfrared reflection-adsorption spectroscopy (PM-IRRAS) and Brewster angle microscopy (BAM). The Langmuir films prepared were transferred to solid supports forming Langmuir- Blodgett (LB) films with 1, 3, 5 and 9 layers. These films were then characterized by their transfer rate, fluorescence specrtroscopy, PM-IRRAS and atomic force microscopy, confirming the material transfer and conformational changes in the enzyme structure after the deposition. In the 9-layer-film, the catalytic activity of urease was detected, with reaction rate lower than in the homogeneous environment, which was attributed to conformational restrictions imposed to the enzyme retained in the copolymer. The films were also characterized electrochemically, demonstrating their viability to detect urea. The mixed film prepared with 9 layers was also evaluated as an electrochemical biosensor using the cyclic voltammetry technique, in which a peak due to the electrooxidation of urea was noted at 0.6 V, and the chronoamperometry analysis which allowed the detection of the products formed in the reaction at 0.3 V. The chronoamperometry results showed a linear range of work for the urea concentrations from 1 to 4 mM, which demonstrates the feasibility of this system for urea detection.
A busca por novas arquiteturas moleculares para melhorar a eficiência de enzimas aprisionadas em filmes ultrafinos tem aumentado a eficácia dos biossensores. Neste trabalho um copolímero conjugado derivado do tiofeno e do fluoreno (poli[(9,9-dioctilfluoreno)-cotiofeno], PDOF-co-Th, sintetizado via reação de Suzuki, foi investigado a fim de analisar sua capacidade de atuar como uma matriz para a imobilização da urease. Foram preparados filmes de Langmuir do copolímero puro e com a urease. As propriedades dos filmes mistos foram investigadas detalhadamente por isotermas de pressão por área de superfície, espectroscopia de absorção-reflexão no infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS), e microscopia no ângulo de Brewster (BAM), demonstrando a formação de um filme misto homogêneo e estável. Foram então preparados filmes de Langmuir-Blodgett (LB) com 1, 3, 5, 7 e 9 camadas, que foram caracterizados através de sua taxa de transferência, espectroscopia de fluorescência, PM-IRRAS, medidas de ângulo de contato e microscopia de força atômica, confirmando a transferência do material e mudanças conformacionais na estrutura da enzima após a deposição. Para um filme com 9 camadas a atividade catalítica da urease foi detectada, com uma velocidade de reação mais baixa do que para o meio ambiente homogêneo, o que foi atribuído a restrições conformacionais impostas à enzima retida no copolímero. O filme misto preparado com 9 camadas foi avaliado também como um biossensor eletroquímico através das técnicas de voltametria cíclica, na qual foi possível encontrar um pico em 0,6 V devido a eletrooxidação da ureia, e por cronoamperometria foi possível detectar os produtos formados nessa reação em 0,3 V. Para a técnica de cronoamperometria foi encontrada uma faixa linear de trabalho para as concentrações de ureia de 1 a 4 Mm, demonstrando a viabilidade de se empregar esse sistema para fins de detecção.
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