Aplicação de nanoestruturas para remediação ambiental, extração de DNA, supercapacitor e detecção de ácidos nucleicos

Abstract

Neste trabalho, abordamos a preparação e caracterização de materiais nanoestruturados e sua aplicação em diferentes áreas, como na remoção de contaminantes, extração e purificação de DNA, sensoriamento do patógeno de Leishmania, e supercapacitor. Inicialmente, sintetizamos o nanocompósito magnético (NCM) de óxido de ferro/quitosana/polianilina (γ-Fe2O3/Qui/Pani), que foi devidamente caracterizado por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), curvas de magnetização e difração de raios-X (DRX). Esse nanocompósito foi então aplicado para a remoção de corantes (alaranjado de metila (AM), índigo carmim (IC) e rodamina B (RB)) dispersos em meio aquoso. Para isso, analisamos o efeito de variações em parâmetros como o valor do pH do meio, a concentração de corante e o tempo de interação, o que nos permitiu o ajuste dos dados a diferentes modelos usados na descrição das isotermas e da cinética do processo de adsorção dos contaminantes. Ao utilizarmos 2 mg de NCM, a capacidade de adsorção foi de 147 mg para o AM, de 126 mg para o IC, e 80 mg para a rodamina, valores considerados promissores face o desempenho de outros materiais adsorventes descritos na literatura. Examinamos ainda a influência da variação de temperatura sobre a adsorção, o que nos permitiu estabelecer que o processo ocorre de maneira espontânea e é de natureza endotérmica. Esse mesmo nanocompósito foi também usado para a extração de DNA em amostras de natureza complexa, como sangue humano. Nessa etapa, foram otimizados diferentes parâmetros, como a quantidade de NCM a ser utilizada, o volume de solução tampão adequado para promover a dessorção, sendo então os resultados obtidos comparados com aqueles resultantes do uso de kits comerciais baseados em sistemas de coluna (membranas) e partículas. Em paralelo, iniciamos duas linhas de trabalho adicionais. A primeira diz respeito ao desenvolvimento de uma plataforma formada por um substrato de vidro funcionalizado e nanopartículas (NPs) de ouro que possa ser utilizada para testes de diagnóstico. Para isso, implementamos estudos de funcionalização de substratos de vidro pela deposição em fase vapor de grupos tiolados e aminados, que foram em seguida colocados para interagir com NPs de ouro para a formação de filmes nanoestruturados. Através da espectroscopia na região do ultravioleta e visível (UV-Vis) e de microscopia eletrônica de varredura (MEV-STEM) foi possível acompanhar as etapas. A seguir, realizamos provas de conceitos para a detecção de ácido nucleico por meio da imobilização de sondas tioladas de DNA do patógeno de Leishmania infantum que demonstra o potencial dessa pesquisa. Já o segundo projeto foi voltado para eletrodos de dispositivos de armazenamento de energia com base em membranas de casca de ovo (MCO), que foram desmineralizadas e submetidas a uma ponteira ultrassônica com a posterior incorporação de nanoestruturas de carbono (NEC) como nanotubos de carbono multicamadas (MWCNT), e em seguida a adição de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS). Aqui, nosso objetivo foi o de melhorar as propriedades de condução elétrica e armazenamento de energia pelo fenômeno de dupla camada elétrica (EDC) e pseudocapacitância (PsC), em dispositivos de armazenamento de energia, como supercapacitores orgânicos.