Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/23354
Title: Eléctrodos de carbono modificados para o desenvolvimento de biossensores electroquímicos
Authors: Carvalho, Ricardo Jorge da Cunha 
Orientador: Brett, Christopher Michael Ashton
Rosário, Luís Manuel de Oliveira Martinho do
Issue Date: 16-Apr-2013
Citation: CARVALHO, Ricardo Jorge da Cunha - Eléctrodos de carbono modificados para o desenvolvimento de biossensores electroquímicos. Coimbra : [s.n.], 2013. Tese de doutoramento
Abstract: O objectivo deste trabalho foi o estudo, caracterização e modificação de diferentes materiais de carbono com o intuito de desenvolver sensores e biossensores electroquímicos. Também foi estudado a melhoria das propriedades analíticas destes sensores através da modificação por diferentes mediadores redox e polímeros condutores. Foi realizado um estudo da influência de três marcas de nanotubos de carbono de parede múltipla com diferentes quantidades no revestimento de eléctrodos de carbono vítreo, com vista ao desenvolvimento de sensores e biossensores electroquímicos. Investigou-se a influência das diferenças entre as três marcas de nanotubos na electropolimerização do monómero vermelho neutro. Estes eléctrodos modificados foram aplicados na determinação oxidativa do ascorbato, e os efeitos electrocatalíticos obtidos foram diferentes de acordo com a marca dos nanotubos. Um estudo da estabilidade operacional e de armazenamento dos eléctrodos modificados também foi efectuado. Foi estudado pela primeira vez como material de eléctrodo para sensores, o tecido de carbono revestido com nanotubos de carbono e com nanotubos de carbono dopados com azoto. O comportamento da espécie electroactiva modelo hexacianoferrato(II) foi estudado e avaliado o efeito da dopagem dos nanotubos com azoto na resposta electroquímica. Foi formado um filme do polímero condutor poli(3,4-etilenodioxitiofeno) para melhorar as características físicas do tecido de carbono, reduzindo a capilaridade, de forma a optimizálo para ser usado como biossensor electroquímico com a enzima glucose oxidase imobilizada por reticulação. Eléctrodos impressos de carbono, devido ao seu baixo custo e simplicidade de operação, foram utilizados como eléctrodo-substrato para diferentes modificações, com o intuito de se desenvolver um sensor para a determinação directa de aminoácidos electroactivos. Os eléctrodos foram modificados com dois tipos de carbono nanoestruturado, nanotubos de carbono e negro de carbono, e foi comparada a resposta à oxidação de vários aminoácidos. A electrodeposição de nanopartículas de cobre foi, também, investigada, e a respostas de todos os eléctrodos modificados na determinação do aminoácido triptofano foi avaliada. Foi, adicionalmente, investigada a modificação de eléctrodos de filme de carbono com o mediador hexacianoferrato de cobalto ou de cobre e com a enzima glucose oxidase, com o objectivo de se determinar catiões de concentração micromolar de vários metais pesados por inibição enzimática utilizando amperometria a potencial fixo. O método foi optimizado em relação ao potencial aplicado e à influência do pH da solução electrolítica. Os iões de cádmio, cobalto, cobre e níquel foram detectados na presença de quantidades fixas de glucose, e a resposta à glucose foi testada na ausência e na presença de uma concentração fixa de inibidor. As constantes de inibição foram determinadas, sendo o mecanismo de inibição competitivo e reversível.
The aim of this work was to study, characterise and modify carbon materials in order to develop electrochemical sensors and biosensors. The improvement of the analytical properties of these sensors was carried out by modifying the substrates with different redox mediators and conducting polymers. A study of the influence of three brands of multiwalled carbon nanotubes with different coating loadings on glassy carbon electrodes was performed, with a view to sensor and biosensor development. The influence of the extent to which differences between nanotube brands can influence the electropolymerisation of neutral red monomer was investigated. These modified electrodes were applied to the oxidative determination of ascorbate, the electrocatalytic effects observed varying according to the type of nanotubes. A study of operational and storage stability was also performed. Carbon cloth materials modified with carbon nanotubes and with nitrogen-doped carbon nanotubes were employed for the first time for the development of new electrode sensor materials. The behaviour of the model electroactive species hexacyanoferrate(II) was studied and the influence of nitrogen doping on the electrochemical response evaluated. A film of the conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) was formed in order to improve the physical characteristics of the carbon cloth reducing capillarity, in order to optimise it for use as an electrochemical biosensor with the enzyme glucose oxidase immobilized by cross-linking. Screen-printed carbon electrodes, due to their low cost and simplicity of operation, were used as electrode substrate for different modifications, with the aim of developing a sensor for direct determination of electroactive amino acids. These electrodes were modified with two types of nanostructured carbon, carbon nanotubes and carbon black, and the response to the oxidation of several amino acids was compared. The deposition of copper nanoparticles was also investigated, and the response of all the modified electrodes in the determination of the amino acid tryptophan was evaluated. Additionally, the modification of carbon film electrodes with the mediators cobalt hexacyanoferrate or copper hexacyanoferrate, and with glucose oxidase enzyme was investigated, with the aim of determining micromolar concentrations of heavy metal cations by enzyme inhibition using fixed potential amperometry. The method was optimised in relation to applied potential and the value of pH of the electrolyte solution. Cadmium, cobalt, copper and nickel ions were detected in the presence of fixed amounts of glucose and the glucose response was tested in the absence and presence of a fixed concentration of inhibitor. Inhibition constants were determined and the inhibition was found to be competitive and reversible.
Description: Tese de doutoramento em Bioquímica, especialidade de Tecnologia Bioquímica, sob a orientação do professor Doutor Christopher Michael Ashton Brett e Professor Doutor Luís Manuel de Oliveira Martinho de Rosário, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
URI: http://hdl.handle.net/10316/23354
Rights: openAccess
Appears in Collections:FCTUC Ciências da Vida - Teses de Doutoramento

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Ricardo Carvalho Tese Dout.pdf14.87 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record

Page view(s)

216
checked on Aug 4, 2022

Download(s)

5
checked on Aug 4, 2022

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.