UTILIZAÇÃO DE GRAFENO MODIFICADO COMO UMA NOVA PLATAFORMA PARA O DESENVOLVIMENTO DE (BIO)SENSORES ELETROQUÍMICOS

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Silva Luz, R.C. (UFMA) ; Silva de Sousa, C. (UFMA) ; Gomes dos Santos Neto, A. (UFMA)

Resumo

Sintetizar e caracterizar os diferentes materiais à base de grafeno visando o desenvolvimento e aplicação de sensores eletroquímicos. Estudos como, esfoliação do grafite,preparação do óxido de grafeno reduzido,modificação do óxido de grafeno reduzido com diferentes complexos,caracterização dos materiais sintetizados por voltametria cíclica,caracterização dos materiais sintetizados por Microscopia Eletrônica de Varredura,caracterização dos materiais sintetizados por Espectroscopia de Infravermelho com transformada de Fourrier,caracterização dos materiais sintetizados por Espectroscopia de Infravermelho com Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, foram realizados.

Palavras chaves

sítese; caracterização; grafeno

Introdução

Este trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização de diferentes materiais á base do grafeno, visando o desenvolvimento de biossensores. O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, a grafite, os nanotubos de carbono e fulerenos. O grafeno de alta qualidade é muito forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões. Inicialmente, o material foi sintetizado e depois, caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia de Infravermelho com transformada de Fourrier, Voltametria Cíclica e Espectroscopia de Infravermelho com Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. As técnicas de caracterização são importantes para que seja possível avaliar a qualidade dos materiais obtidos. Após a obtenção do grafeno, o mesmo foi utilizado para modificação do eletrodo de ouro, após modificado, o eletrodo modificado foi polarizado com PEDOT, obtendo a formação de in situ do filme FeHCF gerado dentro da matriz do PEDOT sobre a superfície, resultando assim, o eletrodo modificado conhecido como Grafeno/PEDOT. Os filmes PEDOT/FeHCF e Grafeno/PEDOT/FeHCF foram caracterizados utilizando (SEM), após foi observado seu comportamento eletroquímico utilizando o potenciostato. Estudos voltametricos também foram feitos em eletrodos modificados com DNA/Grafeno/MB/GC, Grafeno/MB/GC, DNA/Grafeno.

Material e métodos

Foram utilizados reagentes como Grafite, Grafeno, Òxido de Grafeno, PEDOT, Nitrato de Sódio, Àcido Sulfúrico, Permanganato de Potássio, Peróxido de Hidrogênio, Sulfato de Hidrazina, Hidróxido de Amônio, Cloreto de Potássio. As imagens do óxido de grafite e grafeno foram obtidas utilizando um microscópio eletrônico de varredura marca TESCAN e modelo VEGA 3 LM. Os espectros para o óxido de grafite e grafite, de espectroscopia na região do infravermelho, foram obtidos através do uso de um espectrofotômetro, marca VARIAN e modelo 640 IR. Os difratogramas de difração de raio-X do grafite, óxido de grafite e grafeno foram obtidos utilizando-se um difratômetro de raio-X modelo XRD- 6000 da Shimadzu. Na determinação da massa, no preparo das soluções, foi utilizada uma balança analítica com precisão de 0,1 mg, modelo AY220.No processo de secagem das pastas foi utilizada estufa modelo EL- 1.2. As centrifugações foram feitas utilizando-se duas centrífugas, uma centrífuga modelo 2K15 e marca Sigma e a outra de marca Edutec e modelo EEQ- 9004A. As imagens de microscopia eletroquímica de varredura bem como as curvas de aproximação foram obtidas utilizando-se um microscópio eletroquímico da CH Instrumentos, modelo 920C.

Resultado e discussão

O Presente trabalho demonstrou que o óxido de grafite e o grafeno são excelentes alternativas de materiais para utilização em sensores. As medidas de SECM confirmam o óxido de grafite como excelente material para confecção de eletrodos e desenvolvimento de sensores eletroquímicos.O desenvolvimento de um sensor construído com material híbrido e grafeno foi executada com sucesso. O sensor apresentou boa resposta, uma vez que o mediador redox inorgânico, FeHCF, manteve a sua atividade eletrocatalítica mediante a imobilização, ao passo que os produtos orgânicos componentes, PEDOT e grafeno, aumentou a estabilidade do revestimento. A presença de todos os componentes nestes materiais permitiu a preparação estável, altamente condutora, e revestimentos seletivos sobre as superfícies dos eletrodos. Tem sido mostrado ser promissora para detecções de H2O2 em baixa sobretensão, com muitas propriedades desejadas incluindo um baixo limite de detecção, a concentração linear satisfatório gama e excelente estabilidade. O método mostrou ser simples, estável e sensível, que o tornam adequado para o desenvolvimento de biossensores.Este trabalho mostra que um eletrodo de carbono vítreo modificado com DNA / grafeno / MB é uma alternativa viável para a determinação analítica de NADH. Devido à estabilidade química observada, reversibilidade eletroquímica e alta constante de velocidade de transferência de elétrons de MB / MB + par redox imobilizada em grafeno, ele pode ser utilizado em eletrocatálise como um mediador de transferência de eletons entre NADH e de transporte elétrodos de substrato.

Conclusões

Esses materiais tornam-se altenativas ainda mais viáveis quando se compar seu custo com o custo dos nanotubos de carbono, que são muito utilizados em eletroquímica. Óxido de grafite e grafeno são obtidos através de síntese relativamente simples a partir do grafite, que é muito mais barato do que os nanotubos de carbono. Os métodos mostraram ser simples, estáveis e sensíveis, que o tornam adequado para o desenvolvimento de outros sensores biossensores.

Agradecimentos

Agradeço a minha orientadora Rita Luz e ao professor Flávio Damos,pela oportunidade e confiança. Agradeço a fapema, a Pedro Márcio Leite e Antônio Gomes.

Referências

A.A. KARYAKIN, E.E. KARYAKINA, L. GORTON, Electrochem. Commun. 1 (1999) 78–82.

BORSCHIVER, S.; GUIMARÃES J. O. C.; SANTOS, T. N.; SILVA, F. C.; BRUM, P. R. C. Patenteamento em nanotecnologia: estudo do setor de materiais poliméricos nanoestruturados. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 15, n. 4, p. 245-248, 2005.

COTE, L. J.; KIM, F.; HUANG, J. Langmuir-blodgett assembly of graphite oxide single layers. Journal of the American Chemical Society, v. 131, n. 3, p. 1043-1049, 2009.

D.D. JUSTINO, A.L.A. LAGE, D.E.P. SOUTO, J.V. SILVA, W.T.P SANTOS, R.C.S. LUZ, F.S. DAMOS, J. Electroanal. Chem. 703 (2013) 158–165.

D.E.P. SOUTO, J.V. SILVA, H. MARTINS, A.B. REIS, R.C.S. LUZ, L.T. KUBOTA, F.S. DAMOS, Biosens. Bioelectron. 46 (2013) 22–29.

DREYER, D. R.; PARK, S.; BIELAWSKI, C. W.; RUOFF, R. S. The chemistry of graphene oxide. Chemical Society Reviews, v. 39, n. 1, p. 228-240, 2010.

F. C. FIM. Síntese e propriedades de nanocompósitos de polietileno/nanolâminas de grafeno obtidos através de polimerização in situ. Porto Alegre, 2012.

GONÇALVES, V. C. Síntese e caracterização de derivados de politiofenos para utilização em sensores. 2010. 160 f. Tese. (Doutorado em Ciências e Engenharia de Materiais) – Universidade de São Paulo, Instituto de Física, Instituto de Química, Escola de Engenharia, São Carlos.

H. RAZMI, H. HEIDARIi, J. Electroanal. Chem. 625 (2009) 101–108.

H. X. LUO, Z. X. GUO, and N. HE, Reversible electrochemistry of DNA on multi-walled carbon nanotube modified electrode, Chinese Chemical Letters 18 (2007) 861-864

HAMWI, A.; MARCHAND, V. Some chemical and electrochemical properties of graphite oxide. Journal of Physics and Chemistry of Solids, v. 57, n. 6, p. 867-872, 1996.

HE, H.; KLINOWSKI, J.; FORSTER, M.; LERF, A. A new structural model for graphite oxide. Chemical Physics Letters, v. 287, n. 1-2, p. 53-56, 1998.

HUMMERS, W. S.; OFFEMAN, R. E. Preparation of graphitic oxide. Journal of the American Chemical Society, n. 80, v. 6, p. 1339-1339, 1958.

J. LI, J.-D. QIU, J.-J. XuU, H.-Y. Chen, X.-H. XIA, Adv. Funct. Mater. 17 (2007) 1574–
1580.

J.X. ZENG, W.Z. WEI, X.Y. LIU, Y. WANG, G.M. LUO, Microchim. Acta 160 (2008)
261–267.

JAHAN, A.; ISMAIL, M. Y.; SAPUAN, S. M.; MUSTAPHA, S. Material screening and choosing methods – A review. Materials and Design, v. 31, n. 2, p. 696-705, 2010.

JIANG, Y.; ZHANG, X.; CHAN, C.; HUA, S.; ZHANG, Q.; BAI, X.; DAN, L.; NIU, L. Functionalization of graphene with electrodeposited Prussian blue towards amperometric sensing application. Talanta, v. 85, n. 1, p. 76-81, 2011.
K. ITAYA, T. ATAKA, S. TOSHIMA, J. Am. Chem. Soc. 104 (1982) 4767–4772.

L. ZHU, J. ZHAI, R. YANG, C. TIAN, L. GUO, Electrocatalytic oxidation of NADH with Meldola’s blue functionalized carbon nanotubes electrodes. Biosensors and Bioelectronics 22 (2007) 2768-2773.

LIU, Y. J.; WANG, Z. M.; AIZAWA, M.; PENG, W. Q.; HIROTSU, T.; Nanoporous composite of carbon nanosheets and functional titania nanoparticles formed by reassembling of exfoliated graphite oxides with colloidal titania. Materials Letters, v. 63, n. 2, p. 260-262, 2009.

NOVOSELOV, K. S.; GEIM, A. K.; MOROSOV, S. V.; JIANG, D.; ZHANG, Y.; DUBONOS, S. V.; GRIGORIEVA, V.; FIRSOV, A. A. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, v. 306, n. 5696, p. 666-669, 2004.

NOVOSELOV, K. S.; GEIM, A. K.; MOROZOV, S. V.; STORMER, H. L.; ZEITLER, U.; MAAN, J. C.; BOEBINGER, G. S.; KIM, P.; GEIM, A. K. Room-temperature quantum Hall effect in graphene. Science, v. 315, n. 5817, p. 1379-1379, 2007.
OLIVEIRA, B. L. Síntese de nanotubos de carbono (NTC) por deposição química de vapor empregando Fe/CaCO3 E Fe/NTC como catalisador. 2009. 100 f. Dissertação. (Mestrado em Ciências – Engenharia Química) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE), Rio de Janeiro.
R.R. NAIR, P. BLAKE, A.N. GRIGONENKO, K.S. NOVOSELOV, T.J. BOOTH, T. STAUBER, N.M.R. PERES, A.K. GEIM, Science 320 (2008) 1308-1308.
RAMESH, P.; BHAGYALAKSHMI, S.; SAMPATH, S. Preparation, physicochemical and electrochemical characterization of exfoliated graphite oxide. Journal of Colloid and Interface Science, v. 274, n. 1, p. 95-102, 2004.

R.B. VALIM, R.M. REIS, P.S. CASTRO, A.S. LIMA, R.S. ROCHA, M. BERTOTTI, M.R.V. LANZA, Carbon 61 (2013) 236–244.

R.C. PEÑA, J.C.M. GAMBOA, M. BERTOTTI, T.R.L.C. PAIXÃO, Int. J. Electrochem. Sci. 6(2011) 394–403.

RONKAINEN, N. J.; HALSSALL, H. B.; HEINEMAN, W. R. Electrochemical Biosensor. Chemical Society Reviews, v. 39, p. 1747-1763, 2010.

S. DANIEL, T. P. RAO, K. S. RAO, S. U. RANI, G. R. K. NAIDU, H. Y. LEE, T. KAWAI, A review of DNA functionalized/grafted carbon nanotubes and their characterization, Sensors and Actuators B: Chemical 122 (2007) 672-682.

S. LUPU, B. LAKARD, J.-Y. HIHN, J. DEJEU, P. ROUGEOT, S. LALLEMAND, Thin Solid Films 519 (2011) 7754–7762.