Desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados baseados em polímeros condutores e suas aplicações na purificação de DNA, remediação ambiental e em dispositivos eletrônicos flexíveis

Abstract

Neste trabalho, discutimos a preparação e caracterização de diversos tipos de materiais nanoestruturados baseados em polímeros condutores, e analisamos sua aplicação em diferentes áreas, como na purificação de ácidos nucleicos, na remoção de contaminantes e na construção de dispositivos orgânicos de armazenamento de energia. Especificamente, desenvolvemos e caracterizamos os seguintes nanomateriais: i) compósitos magnéticos constituídos por nanopartículas de maghemita (-NPs) com a superfície recoberta pelos polímeros condutores poli(3, 4-etilenodioxitiofeno), (PEDOT)--NPs/PEDOT, e polianilina, (Pani)--NPs/Pani; ii) membranas de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), obtidas por meio da técnica de eletrofiação com a superfície modificada pela incorporação de PEDOT; iii) eletrodos orgânicos flexíveis baseados em nanoestruturas de carbono, PEDOT e membranas proteicas da casca de ovo. Os nanocompósitos magnéticos -NPs/PEDOT e -NPs/Pani foram desenvolvidos com o objetivo de serem usados como adsorventes de fase sólida para a purificação de ácidos nucleicos extraídos de diferentes amostras biológicas. Para isso, desenvolvemos protocolos de purificação de DNA total e de DNA plasmídeo extraídos a partir de amostras de sangue humano e de bactérias Gram-negativas. Os resultados mostraram que os protocolos correspondentes são simples, rápidos e que levam a um bom rendimento do DNA alvo (que é obtido com pureza adequada), com um desempenho equivalente ao de kits comerciais. A qualidade do DNA extraído permite que ele possa ser usado em protocolos regulares de biologia molecular, como a Reação em Cadeia da Polimerase (PCR). Fizemos ainda estudo preliminar do uso do nanocompósito para a captura direta de bactérias em suspensões aquosas. Por sua vez, as membranas de PVDF/PEDOT foram utilizadas para a remoção do azocorante alaranjado de metila, quando realizamos estudos cinéticos e termodinâmicos da adsorção, bem como de seu uso em sistemas de filtração. As análises revelaram que as membranas possuem uma boa capacidade de adsorção, ótima estabilidade química e mecânica, e podem ser utilizadas em sucessivos ciclos de adsorção/dessorção sem perda de capacidade, com o incremento da capacidade sendo observada com o aumento da temperatura. Finalmente, os eletrodos orgânicos compósitos preparados através da incorporação de nanoestruturas de carbono e PEDOT em membranas de casca de ovo foram utilizados para a produção de dispositivos supercapacitores orgânicos, que exibem uma capacitância de natureza híbrida (ou seja, capacitância de dupla camada e pseudocapacitância). Os resultados eletroquímicos mostraram que os dispositivos apresentavam uma boa capacitância, baixa resistência interna, alta retenção capacitiva, boa ciclabilidade e estabilidade mecânica. Além disso, foi também observado que o tamanho das nanoestruturas tem influência direta sobre a capacitância dos dispositivos.