Abordagem da Teoria da Taxa Quântica: Avanços para aplicações de quimio e biossensoriamento

• Processo: 25/07551-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Eduardo Maffud Cilli
• Beneficiário: Sarah Tolentino Rocha Brandão
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 24/02000-2 - Princípios e métodos de eletrodinâmica quântica de baixa energia, AP.TEM
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: electroanalysis | low-energy quantum mechanics | molecular electronics | quantum electrodynamics | Eletroanalítica e Biossensores

Resumo

A teoria da Taxa Quântica (QRT) foi proposta para investigar a eletrodinâmica dos processos de transferência de elétrons em sistemas mesoscópicos em eletrodos. Essa teoria demonstrou a natureza relativística do estado quântico de cargas de sistemas eletroativos, incluindo interruptores redox (1D), monocamadas de grafeno (2D) e nanoestruturas semicondutoras. Recentemente, essa teoria foi aplicada para investigar características de monocamadas peptídicas e a dinâmica de ressonância de sistemas heterocíclicos de conjugados do tipo push-pull revelando detalhes sobre suas estruturas eletrônicas. Sistemas heterocíclicos de conjugados do tipo push-pull são um grupo de moléculas orgânicas com estruturas que conferem propriedades ópticas e eletrônicas excepcionais, as quais tem interesse para a eletrônica molecular, materiais optoeletrônicos e sensores. Essas moléculas são formadas por um grupo doador (D) e um grupo aceptor (A) de elétrons conectados por uma ponte conjugada. Esse arranjo é responsável pela diferença em eletronegatividade entre as duas partes da molécula, o que leva a distribuição polarizada do elétron que pode resultar em uma transferência de carga intermolecular (TCI). Essa relação entre estrutura eletrônica desses sistemas e as propriedades elétricas podem ser exploradas no campo de desenvolvimento de quimiossensores, uma vez que a modificação de moléculas push-pull permite ajustar as propriedades físico-químicas. Moléculas derivadas de grupos imidazol, indol, fenantrolina e de peptídeos estão sendo utilizados em quimiosensores ópticos. No entanto, a ampliação do sistema necessita de estudos. A QRT permite acessar não apenas a estrutura eletrônica como também as perturbações causadas por eventos de reconhecimento molecular. Assim, através da espectroscopia de impedância quântica, mede-se a capacitância quântica que fornece a densidade de estados (DOS) de sistemas push-pull, o que possibilita acessar as propriedades quânticas em laboratório de maneira simples sem a necessidade de condições extremas como baixas temperaturas e vácuo. Dessa maneira, o objetivo desse trabalho visa o desenvolvimento de plataformas sensoras quânticas cuja detecção será baseada nas propriedades eletrodinâmicas relativísticas das moléculas, que serão analisadas pela QRT como sinal de transdução. Para tal, será feito o desenho, síntese e caracterização de estruturas heterocíclicas conjugadas e estruturas peptídicas para a fabricação de monocamadas em eletrodos de ouro e grafeno. O desenho das estruturas heterocíclicas levará em consideração a incorporação de derivados de indol, imidazol e terpiridina e peptídeos, além da funcionalização com grupos carboxilas para a ligação de moléculas biológicas como enzimas, DNA e anticorpos. O estudo da detecção de moléculas de importância ambiental e para a saúde, principalmente de vírus, será o objetivo final a ser alcançado.