Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Hryniewicz, Bruna Maria
Orientador(a): Miyata, Marcio Eduardo Vidotti, 1978-
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Polimeros condutores
COVID-19 (doença)
Eletrocatálise
Biossensores
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1884/81640
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Marcio Vidotti
id UFPR_3c0b8bfc4f14626024b7211e7188dfcd
oai_identifier_str oai:acervodigital.ufpr.br:1884/81640
network_acronym_str UFPR
network_name_str Repositório Institucional da UFPR
repository_id_str
spelling Marchesi, Luís FernandoUniversidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaMiyata, Marcio Eduardo Vidotti, 1978-Hryniewicz, Bruna Maria2023-03-22T18:50:55Z2023-03-22T18:50:55Z2022https://hdl.handle.net/1884/81640Orientador: Prof. Dr. Marcio VidottiCoorientador: Prof. Dr. Luís F. MarchesiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciênicas Exatas, Programa de Pós-Graduação em Quimíca. Defesa: Curitiba, 15/12/2022Inclui referênciasResumo: Este trabalho apresenta novas possibilidades de combinar propriedades conhecidas de polímeros condutores e de entender os mecanismos que ocorrem na interface destes materiais com o eletrólito. Primeiramente, nanotubos de polipirrol (PPI-NTs) e nanopartículas de ouro (AuNPs) foram empregados para a construção de um biossensor impedimétrico para a detecção de anticorpos contra a proteína N do vírus SARS-CoV-2. O limite de quantificação obtido para este biossensor foi de 0,035 ng mL-1 em amostras comerciais de anticorpo monoclonal anti-proteína N. Além disso, foi possível identificar a presença de anticorpos em amostras de soro pré-caracterizadas por ELISA e distinguir a resposta de amostras negativas. Em seguida, um novo biossensor de PPI-NTs e hidróxido de níquel foi desenvolvido para a detecção da proteína Spike do vírus SARS-CoV-2. O biossensor empregou anticorpos derivados de camelídeos que apresentam maior sensibilidade e menor custo de produção, apresentando um limite de quantificação de 0,01 pg mL-1, sendo um desempenho superior ao de biossensores produzidos com anticorpos comerciais. Ademais, foi possível identificar a presença do vírus em amostras de saliva pré-caracterizadas por qRT-PCR dentro dos padrões estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde. Em uma outra etapa do trabalho, os polímeros PPI e poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) foram usados para aplicações em armazenamento de energia. Primeiramente, foi estudada a degradação de PPI-NTs ao longo de diversos ciclos de carga e descarga e uma maneira de conter a degradação por meio da deposição de AuNPs. Os materiais de PPI-NTs e PEDOT-NTs apresentaram maiores capacitâncias e estabilidade na presença das nanopartículas metálicas. Assim, foi desenvolvido um supercapacitor flexível em estado sólido com PPI-NTs/AuNPs, que apresentou estabilidade durante 2000 ciclos consecutivos de carga e descarga, elevada flexibilidade sem a perda de desempenho e um valor máximo de capacitância específica de 61 F g-1. Entretanto, o dispositivo montado em malha de aço apresentou limitações, principalmente quanto à corrosão. Neste contexto, um novo substrato baseado em tecido de algodão carbonizado foi desenvolvido. A pirólise do tecido de algodão em atmosfera de N2 e isopropanol levou a formação de um tecido carbonizado e com estrutura grafítica. Este substrato foi utilizado para a montagem de um supercapacitor sólido com PPI-NTs/AuNPs como material ativo e os resultados mostraram uma capacitância específica de 87 F g-1 e retenção da capacitância superior ao dispositivo montado em malha de aço, demonstrando o potencial da utilização deste substrato em novos dispositivos armazenadores de energia. Em sequência, as propriedades eletrocatalíticas do PEDOT foram exploradas. Inicialmente, a capacidade de PEDOT-NTs de eletrocatalisar as reações redox de nitrofenóis (NFs) com suas propriedades supercapacitivas foram combinadas a fim de obter um material multifuncional. Os resultados demonstraram que foi possível reduzir os isômeros de NFs a aminofenóis e a energia utilizada neste processo foi armazenada no material, aumentando a capacitância específica e estabilidade. Além disso, ao final do processo eletrocatalítico foram gerados produtos sólidos, facilitando a remoção dos poluentes do meio aquoso. Por fim, um material de PEDOT e dodecilbenzeno sulfonato de sódio foi sintetizado em eletrodos de diamante dopado com boro. Este novo material foi devidamente caracterizado e suas propriedades eletrocatalíticas nas reações redox do NF foram avaliadas. Em resumo, este trabalho se propôs a explorar diferentes aplicações de polímeros condutores nanoestruturados, apresentando novas possibilidades de modificação de eletrodos e o desenvolvimento de um novo substrato, sendo características muito importantes para o desenvolvimento futuro de dispositivos com alto desempenho, baixo custo e sustentáveis.Abstract: This work presents new possibilities for combining well-known properties of conducting polymers and understanding the mechanisms occurring at the interface between these materials and the electrolyte. Firstly, polypyrrole nanotubes (PPy-NTs) and gold nanoparticles (AuNPs) were employed for the construction of an impedimetric biosensor for the detection of antibodies against the SARS-CoV-2 N protein. The limit of quantitation of the developed biosensor was 0.035 ng mL-1 for commercial samples of anti-N protein monoclonal antibodies. It was also possible to identify the presence of antibodies in ELISA pre-characterized serum samples and distinguish the response from negative samples. Then, a new biosensor of PPy-NTs and nickel hydroxide was developed for SARS-CoV-2 Spike protein detection. The biosensor employed antibodies derived from camelids that have more sensitivity and lower production costs, obtaining a limit of quantification of 0.01 pg mL-1, with a superior performance than the biosensors developed with commercial antibodies. Furthermore, it was possible to identify the presence of the virus in qRT-PCR pre-characterized saliva samples within the standards addressed by the World Health Organization. In another stage of this work, the polymers PPy and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) were used for energy storage applications. Firstly, the degradation of PPy-NTs over many charge and discharge cycles was studied and a way to restrain the degradation by the deposition of AuNPs was proposed. The PPy-NTs and PEDOT-NTs materials showed higher capacitances and stability in the presence of the metallic nanoparticles. In this way, a flexible solid-state supercapacitor was developed with PPy-NTs/AuNPs, showing stability over 2000 consecutive charge and discharge cycles, high flexibility maintaining the performance and a maximum specific capacitance of 61 F g-1. However, the device assembled in stainless-steel mesh has limitations, mainly due to corrosion. In this context, a new substrate based on carbonized cotton fabric was developed, where the pyrolysis under N2 and isopropanol atmosphere led to the formation of a carbonaceous material with graphitic structure. This substrate was used for the assembly of a solid supercapacitor of PPy-NTs/AuNPs as electroactive material and the structure results showed specific capacitances of 87 F g-1 and capacitance retention superior to those obtained in the stainless-steel mesh device, evidencing the potential to use this substrate in new energy storage devices. After, the electrocatalytic properties of PEDOT were explored. Initially, the ability of PEDOT-NTs to electrocatalyze the nitrophenols redox reactions was combined with its supercapacitive properties to obtain a multifunctional material. The results showed that it was possible to reduce the nitrophenol isomers to aminophenols and the energy used in this process was stored in the material, increasing its specific capacitance and stability. Besides, solid products were generated during the electrocatalytic process, and the pollutant was easily removed from the aqueous medium. Lastly, a material composed of PEDOT and sodium dodecylbenzene sulfonate was synthesized in boron doped diamond electrodes. This new material was properly characterized and its electrocatalytic properties in the nitrophenols redox reactions were evaluated. In summary, this work aims to explore the different applications of nanostructured conducting polymers, showing new possibilities of electrode modifications and the development of a new substrate, which are very important characteristics for the future development of high performance, low-cost and sustainable devices.1 recurso online : PDF.application/pdfPolimeros condutoresCOVID-19 (doença)EletrocatáliseBiossensoresPolímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - BRUNA MARIA HRYNIEWICZ.pdfapplication/pdf12009067https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/81640/1/R%20-%20T%20-%20BRUNA%20MARIA%20HRYNIEWICZ.pdfdcddbf54d6563de3385bc6bf91d9448bMD51open access1884/816402023-03-22 15:50:55.312open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/81640Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082023-03-22T18:50:55Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
title Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
spellingShingle Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
Hryniewicz, Bruna Maria
Polimeros condutores
COVID-19 (doença)
Eletrocatálise
Biossensores
title_short Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
title_full Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
title_fullStr Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
title_full_unstemmed Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
title_sort Polímeros condutores aplicados no desenvolvimento de biossensores para Covid-19, no armazenamento de energia e na degradação eletrocatalítica de poluentes
author Hryniewicz, Bruna Maria
author_facet Hryniewicz, Bruna Maria
author_role author
dc.contributor.other.pt_BR.fl_str_mv Marchesi, Luís Fernando
Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Miyata, Marcio Eduardo Vidotti, 1978-
dc.contributor.author.fl_str_mv Hryniewicz, Bruna Maria
contributor_str_mv Miyata, Marcio Eduardo Vidotti, 1978-
dc.subject.por.fl_str_mv Polimeros condutores
COVID-19 (doença)
Eletrocatálise
Biossensores
topic Polimeros condutores
COVID-19 (doença)
Eletrocatálise
Biossensores
description Orientador: Prof. Dr. Marcio Vidotti
publishDate 2022
dc.date.issued.fl_str_mv 2022
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-03-22T18:50:55Z
dc.date.available.fl_str_mv 2023-03-22T18:50:55Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1884/81640
url https://hdl.handle.net/1884/81640
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 1 recurso online : PDF.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPR
instname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron:UFPR
instname_str Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron_str UFPR
institution UFPR
reponame_str Repositório Institucional da UFPR
collection Repositório Institucional da UFPR
bitstream.url.fl_str_mv https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/81640/1/R%20-%20T%20-%20BRUNA%20MARIA%20HRYNIEWICZ.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv dcddbf54d6563de3385bc6bf91d9448b
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)
repository.mail.fl_str_mv informacaodigital@ufpr.br
_version_ 1847526336433750016

Registros relacionados