Preparação e caracterização de filmes de nanocompósitos de poliestireno-b-poli(2- vinilpiridina) contendo nanopartículas de ouro organizadas para aplicação como substratos e biossensores SERS

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Vieira, Moyra Freitas
• Orientador(a): Izumi, Celly Mieko Shinohara
• Banca de defesa: Santos, Jacqueline Ferreira Leite , Tronto, Jairo , Sant'Ana, Antonio Carlos , Acosta, Maribel Coromoto Navarro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Química
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Copolímero em dibloco; Nanopartículas de ouro; SERS; Biossensor; Catálise plasmônica; Spin-coating; Dip-coating; Diblock copolymer; Gold nanoparticles; Biosensor; Plasmonic catalysis; Spincoating
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2023/00167; https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16075

Este estudo investiga o processo de auto-organização de nanopartículas de Au (AuNP) utilizando o copolímero em dibloco poli(estireno-b-2-vinilpiridina) (PS-b-P2VP). Foram empregados PS-b-P2VP com diferentes pesos moleculares e frações volumétricas de PS/P2VP e AuNPs pré-sintetizadas. Os filmes de PS-b-P2VP depositados em um substrato de vidro foram submetidos a diferentes procedimentos de reconstrução, incluindo imersão em água ou etanol, exposição a vapor de tolueno/THF, ou tratamento térmico. Esses filmes reconstruídos foram posteriormente imersos em suspensões de AuNPs estabilizadas por citrato por diferentes intervalos de tempo. Os microdomínios de P2VP atuaram seletivamente como sítio para ligação das nanopartículas carregadas negativamente por meio de interações eletrostáticas. Os substratos foram caracterizados por espectroscopia UV-VIS e microscopia de força atômica. A Espectroscopia Raman Intensificada por Superfície (SERS, Surface Enhanced Raman Spectroscopy) foi utilizada, usando o corante Azul do Nilo (NB), para verificar a intensificação do sinal Raman dos filmes produzidos. Os resultados evidenciaram que os tratamentos e o peso molecular dos copolímeros influenciam significantemente a dispersão das nanopartículas e, consequentemente, a intensificação do sinal SERS. O processo de reticulação utilizando o 1,4- diiodobutano (DIB) como agente reticulante foi realizado para impedir possíveis reconstruções dos filmes de PS-b-P2VP pela solução coloidal, e consequente mudança da morfologia final dos filmes de AuNPs/PS-b-P2VP. Os resultados também revelaram que a reticulação dos filmes de AuNPs/PS-b-P2VP influencia diretamente na organização das AuNPs. Os filmes de AuNPs/PS-b-P2VP foram testados como substratos SERS reutilizáveis. Os corantes Azul do Nilo e Rodamina-6G foram empregados como molécula prova. Após a obtenção dos espectros SERS destes corantes, o filme foi exposto à radiação UV e através de fotocatálise, o corante foi degradado. O substrato continuou SERS ativo mesmo após 4 ciclos de uso e “limpeza”. Os filmes de AuNPs/PS-b-P2VP também foram empregados para detectar diretamente a imunoglobulina G humana (IgG) e o trifosfato de adenosina (ATP). Espectroscopia UV-VIS e SERS foram usadas para caracterizar cada etapa da funcionalização do substrato e a interação específica entre o anti-IgG e o analito IgG alvo. Os resultados de UV-VIS mostram um deslocamento para o vermelho da banda LSPR (Localized Surface Plasmon Resonance) conforme a superfície de AuNP foi funcionalizada, e as medidas de SERS mostraram mudanças consistentes nas características espectrais. A análise de componentes principais (PCA, Principal Component Analysis) foi usada para discriminar entre as amostras antes e depois dos testes de afinidade. Adicionalmente, o biossensor projetado exibiu sensibilidade a diferentes concentrações de IgG e ATP, com um limite de detecção (LD) de até 1,0 μg/mL. Por fim, foi apresentada a construção de um equipamento de dip-coating utilizando materiais reaproveitados de sucatas. Por meio desse equipamento, filmes layer-by-layer automontados de AuNP/PS-b-P2VP foram fabricados. Os resultados obtidos por espectroscopia UV-VIS e Raman mostraram que, à medida que o número de bicamadas aumenta, há um aumento gradual na concentração de AuNPs adsorvidas. Assim, o equipamento de dip-coating construído mostrou-se eficaz na produção de filmes finos com nanopartículas adsorvidas em matrizes poliméricas.