Biossensores do estado sólido e dispositivos transistores de efeito de campo fabricados com semicondutores orgânicos

Autor(es)

Hugo José Nogueira Pedroza Dias Mello

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2019-03-15

Membros da banca

Marcelo Mulato; Paulo Roberto Bueno; Éder José Guidelli; Antonio Riul Júnior; Jéferson Aparecido Moreto; Lucas Fugikawa Santos

• Orientador: Marcelo Mulato

Resumo

Biossensores do estado sólido baseados em transistores de efeito de campo como estágio transdutor fabricados com materiais semicondutores orgânicos como estágio de detecção foram desenvolvidos. Filmes finos de polianilina eletrodepositados galvanostaticamente foram fabricados. Parâmetros de eletrodeposição foram testados, como carga depositada, densidade de corrente, tempo de deposição e concentração de monômero, além de testes com compósito polimérico de polianilina e polipirrol e aplicados como sensor de transistor de efeito de campo de porta estendida potenciométrica de pH. Em seguida, os biossensores foram produzidos utilizando-se o processo de imobilização eletroquímica conjunta para obtenção de filmes finos de polianilina com enzimas glicose oxidase e urease imobilizadas, para detecção de glicose e ureia, respectivamente. Os filmes otimizados apresentaram sensibilidade, linearidade e faixa de detecção para glicose de 14,6 ± 0,4 mV/década, 99,8% e de 10-4 a 10-1 mol/L. Dois biossensores diferentes foram produzidos a partir da catálise enzimática da ureia com seletividade para íons amônio ou hidroxila. Para filmes seletivos ao íon amônio, o sensor apresentou sensibilidade, linearidade e faixa de detecção de 14,7 ± 0,9 mV/década, 98,2% e de 10-5 a 10-1 mol/L. Para o filme seletivo ao íon hidroxila, os mesmos parâmetros foram 7,4 ± 0,5 mV/década, 98,1% e de 10-5 a 10-1 mol/L. Os mesmos filmes finos de polianilina funcionalizados foram utilizados em biossensores ópticos e condutométricos devido à característica polieletrocromática do material. A melhoria do sistema foi possível com o arranjo multimodal do biossensor enzimático. O dispositivo foi construído usando diferentes estágios de detecção enzimática conectados ao transistor de efeito de campo de porta estendido. O sistema diminuiu o tempo necessário para fazer medições distintas, mostrou boa resposta à variação no pH da solução, à presença do filme de referência e à injeção do analito alvo em solução na medição em tempo real. Foi desenvolvido o transistor orgânico de efeito de campo com porta eletrolítica, baseado em uma camada semicondutora orgânica de politiofeno. Um biossensor enzimático modular para glicose e ureia, com uma resposta linear na faixa entre 10-6 e 10-3 mol/L, foi alcançado. Este biossensor depende da imobilização das enzimas no eletrodo ouro utilizado como porta nos dispositivos. O uso dos bioreceptores mostrou-se seletivo nos dispositivos. A possibilidade de trocar o eletrodo de porta modificada para detectar analitos específicos usando o mesmo sistema de dispositivos permite que o sensor modular seja reutilizado e com diversas aplicações. Sendo este o caso de moléculas de explosivos, TNT e DNT, com biossensor fabricado nos mesmos termos. Este biossensor depende da imobilização de peptídeos de ligação específica para TNT e DNT no eletrodo de ouro (AU)

• Processo FAPESP: 14/24559-0 - Matriz multimodal de biossensores enzimáticos: Potenciométrico diferencial, óptico e condutométrico.
• Beneficiário: Hugo José Nogueira Pedroza Dias Mello
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado