Sensor de pH baseado em filmes de polímero conjugado e sensor biológico baseado em filmes de ouro nanoestruturado

Abstract

RESUMO: Este trabalho está dividido em duas partes: i) o estudo de filmes de polipirrol dopado com azul de bromofenol (Ppi-AB) para aplicação em sensor de pH e ii) o estudo de filmes de ouro nanoestruturado para aplicação em biosensor baseado em emissão extraordinária de luz (EOT) induzido por ressonância de plasmón de superfície (SPR). Na primeira parte, filmes de Ppi-AB foram sintetizados eletroquimicamente e então foram opticamente, eletroquimicamente e estruturalmente caracterizados por espectroeletroquímica UV-Vis e Raman in situ, IV, EDS-MEV e AFM. A interação entre dopante e polímero mostrou-se dependente tanto do pH quanto do nível de oxidação do polímero. Durante a oxidação da cadeia do Ppi, o equilíbrio de dissociação do AB se desloca para neutralizar as cargas positivas geradas na matriz polimérica. Como as propriedades ópticas e ôhmicas do filme de Ppi são afetadas pela presença do indicador AB, fez-se em seguida o estudo destas propriedades frente a variações de pH. O Ppi-AB apresentou pKa em 7,4; o que o viabiliza para análise de amostras fisiológicas. Além disso, o Ppi-AB apresentou características importantes de um sensor eficiente como estabilidade, reversibilidade, reprodutibilidade e curto tempo de resposta. Durante a segunda parte deste trabalho, desenvolvemos um novo esquema para a detecção de moléculas biológicas utilizando um substrato contendo nanoburacos perfurados através de um filme de Au, o qual exibe EOT devido à SPR. Esta amostra foi utilizada para a detecção de marcadores de câncer de ovário através do método de aquisição de imagens, permitindo a detecção de diferentes concentrações do marcador biológico em medidas de tempo real. Este dispositivo pode ser futuramente utilizado para avaliar a eficiência de tratamentos de câncer, já que pode detectar a variação da concentração dos marcadores tumorais durante o tratamento. Para melhorar as propriedades analíticas do sensor, recobriu-se o filme de ouro com SiOx, sendo ambos perfurados posteriormente para a fabricação de nanoburacos. Desta forma, há ouro exposto somente na parte interna do nanoburaco, consequentemente os plasmóns de superfície se confinam no interior do buraco, onde é feita a detecção das moléculas. Este dispositivo foi aplicado com sucesso na detecção de quantidades attomolares de proteínas, apresentando sensibilidade de 650 nm/UIR

ABSTRACT: The present work is divided in two parts: i) the investigation of Ppi-AB films for application as pH sensor and ii) the investigation of nanostructured gold films for application as biosensor based on extraordinary optical transmission (EOT) through surface plasmon resonance (SPR). In the first part, bromophenol blue doped polypyrrole (Ppi-AB) films were electrochemically synthesized and then optically, electrochemically and structurally characterized by in situ UV-Vis and Raman spectroelectrochemistry, IR, EDS-MEV, and AFM. The interaction between dopant and polymer was found both pH and oxidation level dependent. During the oxidation of the ppy chains, the dissociation equilibrium of AB is shifted in order to neutralize the positive charges created in the polymer matrix. As both optical and ohmic properties of the ppy film are affected by the presence of AB, an investigation of these properties at different pH was also perfomed. Ppi-AB presented pKa 7.4, making possible for this system to be applied in the analysis of physiological samples. In addition, Ppi-AB presents important characteristics of an efficient sensor such as stability, reversibility, reproducibility and short response time. During the second part of this work, a new approach for the detection of biomolecules based on nanoholes milled through gold films was developed, which presents EOT due to SPR. This sample was used to detect biomarkers of ovarian cancer by acquiring images, allowing the detection of different concentrations of the biomarker during real-time measurements. According to the results, this device can be applied to track the efficiency of a cancer treatment. Aiming to improve the analytical properties of the sensor, nanoholes were milled all the way through gold films covered with a SiOx layer. Therefore, the only gold surface exposed is inside the nanoholes. As result the surface plasmon is also confined in the nanoholes where the biomolecules detection occurs. This approach was successfully applied to detect attomolar amounts of protein, presenting sensitivity of 650 nm/RIU