Aplicação de um composto de HRP / PANI / PEG-MWCNT como uma plataforma para a detecção

de peróxido de hidrogénio com uma elevada sensibilidade ao baixo potencial: Efeitos da dopagem /

dedoping processos no desempenho compósito

Jussara Vieira da Silva, Rita de Cássia Silva Luz um, e Flavio Santos Damos um *

um Departamento de Química, UFVJM, MGT Rodovia 367, 583 km, o n 5000, Alto da Jacuba, 39100-000,

Diamantina, MG, Brasil

Polianilina / O, O'-bis (2-aminoetil)-polietileno-glicol-funcionalizado nanotubos de carbono

multicamadas (PANI / PEG-MWCNT) compostas eletrodos modificados com sucesso preparado por

eletropolimerização utilizando a técnica de voltametria cíclica.Microscopia electrónica de varrimento

(SEM) e Fourier Transform Infrared (FT-IR), espectroscopia foram utilizados para confirmar a presença

de O, O'-bis (2-aminoetil)-polietileno-glicol, após a modificação de nanotubos. O transporte iónico em

PANI / PEG-MWCNT filme e os seus efeitos sobre o desempenho do composto são apresentados.  Os

estudos foram realizados in situ e em tempo real, utilizando a digitalização J microscopia eletroquímica

(SECM), eletroquímica ressonância plasmon de superfície(ESPR) e electroche mical microbalança de

cristal de quartzo (EQCM). Tanto a participação protónico e aniónicos nos processos de compensação de

carga, foram calculados e indicaram que a presença do PEG-MWCNT no filme PANI suprimir o

transporte aniónico. Chemical imagiologia da resposta electroquímica de PANI / PEG-MWCNT filmes

foi realizada por SECM. Finalmente, a adsorção entre a PANI negativamente carregado / PEG-MWCNT

nanocompósito e a carga positiva da peroxidase de rábano (HRP) resultou em sensibilidade elevada (1,01

uM μAcm -2 -1) em peróxido de hidrogénio. Este sensor exibiram uma boa reprodutibilidade e estabilidade

a um potencial aplicado de -100 mV vs Ag / AgCl.

Palavras-chave: peroxidase; Polianilina; polietileno glicol; nanotubos de carbono; peróxido de

hidrogênio; microscopia de varredura eletroquímica.

1. Introdução

Nanoestruturados de polímeros condutores têm sido amplamente investigadas devido às suas

propriedades especiais para aplicações em eletrocatálise, capacitores, células de combustível, proteção

contra corrosão, e sensores [1, 2]. Em particular, a polianilina (PANI) têm recebido muita atenção devido

às suas propriedades interessantes, tais como a síntese fácil, boa condutividade elétrica, estabilidade,

eletroquímica e propriedades ópticas [3-5]. Na verdade, PANI também apresenta mudanças dramáticas na

sua estrutura eletrônica e propriedades físicas com o estado protonação [6].

Entre as aplicações mais promissoras da PANI é o desenvolvimento de Biointerfaces cujas aplicações

inclui o desenvolvimento de plataformas para eletroquímica biosensoriamento [7]. PANI pode

proporcionar um ambiente adequado para a imobilização de biomoléculas para garantir uma boa

acessibilidade para o reconhecimento dos sítios catalíticos, bem como fornecer uma orientação espacial

dos bimolecules para facilitar a sua interacção com o alvo. Na verdade, PANI modificados eléctrodos têm

várias vantagens, tais como a amplificação impressionante e eliminação do sinal de incrustação no

eléctrodo [8].

Deposição de biomoléculas sobre polímeros condutores tem sido feito de diferentes

maneiras. Considerando-se que a maior parte dos substratos utilizados para a construção biointerface são

constituídos por superfícies condutoras, a electropolimerização confere na fase de imobilização de

biomoléculas as vantagens de um controlo fácil sobre a morfologia, a espessura ea forma da superfície

condutora [9]. Além disso, a qualidade das películas eletropolimerizado é uma vantagem atraente para a

regularidade na funcionalização da película de polímero. Neste sentido, um modo interessante de

imobilização de biomoléculas é a sua inclusão no filme eletropolimerizado uma vez que esta abordagem

pode ser acoplado com o processo electroquímico do polímero dopagem contribuindo para a estabilidade

da enzima a incorporação [10].

O desenvolvimento de materiais compósitos de polímero pode proporcionar um maior controlo da

dopagem / dedoping processos em PANI polímeros condutores, contribuindo para a indústria química e a

flexibilidade estrutural de polímero que podem facilitar a absorção e incorporação de

biomoléculas. Recentemente, orgânico-inorgânicos nanomateriais híbridos têm sido amplamente

investigadas. A razão principal é obter materiais compósitos com novo tipo de comportamentos

sinérgicos ou complementares [11].

Desde a descoberta dos nanotubos de carbono (CNT) por Iijima [12], tem atraído grande interesse

devido às suas características únicas, incluindo propriedades elétricas, excelente resistência mecânica,

eletrônica e propriedades químicas [13]. A sua área de superfície e geometria oca, combinado com a

condutividade electrónica e as propriedades mecânicas sugerem que os nanotubos de carbono possuem a

capacidade de promover reacções de transferência de carga, quando utilizado como um material de

eléctrodo para reacções electroquímicas [14]. Estas propriedades notáveis de nanotubos de carbono se

tornaram um atrativo para muitas aplicações, especialmente para a fabricação de sensores e biossensores,

melhorando sua sensibilidade e seletividade e, agindo como catalisadores para o processo de muitas

substâncias [15-17].

Assim, a fabricação de compósitos de polianilina / carbono nanotubos tem atraído muita atenção por

causa das propriedades individuais dos dois componentes podem ser combinados para produzir novos

nanomateriais híbridos com um efeito sinérgico. Eles melhoram a resistência mecânica, a condutividade,

e o transporte de carga do material de que é altamente desejável em aplicações de sensores de detecção de

um número de moléculas de [18,19].

O peróxido de hidrogênio (H 2 O 2) desempenha um papel importante como mediador essencial na

alimentação, biologia, medicina, indústria e indústrias ambientais e de saúde [20-23]. Portanto, a

detecção de peróxido de hidrogênio tem um grande significado nas áreas de monitoramento ambiental,

segurança alimentar e análise industrial. O desenvolvimento de métodos para a detecção de H 2 O 2 com

elevada sensibilidade e selectividade é altamente desejada para as aplicações práticas.Atualmente, várias

técnicas analíticas, incluindo fluorescência, [24] quimioluminescência, [25], espectrofotometria [26]

electroquímica e [27 ] foram aplicadas para a determinação de H 2 O 2. Entre eles, a análise

electroquímica tem sido amplamente utilizada, devido à várias vantagens, que incluem uma resposta

rápida e de alta sensibilidade. [28]

Em particular, biossensores electroquímicos que utilizam eléctrodos de peroxidase modificados são

uma alternativa promissora, devido às vantagens intrínsecas associadas à sua elevada actividade catalítica

e a selectividade da enzima para os seus substratos. Assim, a técnica de imobilização da enzima sobre a

superfície do eléctrodo é um dos aspectos fundamentais no desenvolvimento de biossensores

electroquímicos fiáveis com actividade elevada e a sensibilidade da enzima.

Aqui, é relatado um processo simples e eficaz para a construção do composto de HRP / PANI / PEG-

MWCNT via polimerização in situ e também a sua aplicação para a detecção altamente sensível para o

peróxido de hidrogénio. A J estrutura, morfologia, fluxos iônicos, e impedância de PANI / PEG-

MWCNT nanocompósitos foram investigados. Finalmente, o nanocompósito HRP / PANI / PEG-

MWCNT foi usado para construir uma electroquímico de H 2 O 2 por meio da imobilização do sensor

dentro de um HRP PANI / PEG-MWCNT eléctrodo compósito modificado para melhorar a eficiência da

imobilização da enzima e a sua estabilidade.

2 Experimental

2,1 Reagentes, materiais e procedimentos

Todos os produtos químicos foram de grau analítico. Multi-walled nanotubo de carbono (pureza> 95%,

7-15 mm de diâmetro, 0,5-10  m de comprimento), foi adquirido a partir de Nanolab, Inc (Brighton,

MA, EUA). Dissódico e fosfato monossódico (Na 2 HPO 4 e NaH 2 PO 4) foram adquiridos a partir de

sintetizador, São Paulo, Brasil e O, O'-bis (2-aminoetil)-polietileno-glicol (PM 2000) (PEG-NH 2), foi

adquirido a partir de Aldrich (Milwaukee, EUA). Anilina J (98%) a partir de Aldrich (Milwaukee, EUA)

foi destilado antes da utilização. A solução de anilina aquosa foi armazenada num frasco escuro à

temperatura baixa. O ácido sulfúrico (H 2 SO 4) a partir de Synth (São Paulo, Brasil), e peróxido de

hidrogénio (H 2 O 2) adquirido da Merck (Darmstadt, Alemanha) foram utilizados como foram

recebidos. Água desionizada foi utilizado após purificação em um sistema Millipore Milli-Q e o pH real

das soluções tampão foi determinada com um pH / Ion Analyser Corning 350 modelo.

Um sensor de disco de ouro composto por uma superfície de ouro de detecção

(espessura de 50 nm) depositada sobre uma lâmina de vidro para microscópio

usando uma camada de adesão de titânio (espessura de 1,5 nm) foi adquirida a

partir de Xantec Bioanalytics (Muenster, Alemanha). O disco óptico sensor foi

anexado ao prisma usando um fluido ª índice de correspondência (25 o C) = 1,518,

Cargille Laboratories (Cedar Grove, NJ, EUA J ). Os cristais de quartzo, AT-cortado

com uma freqüência fundamental de 6 MHz imprensado entre eletrodos de ouro, foram adquiridas

de Metrohm Autolab BV, da Holanda. 2,2 caracterização de materiais e medidas eletroquímicas,

EQCM e SECM

Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram obtidas utilizando um JEOL JSM-6510LV

microscópio eletrônico de varredura. Os espectros de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-

IR) foram realizadas em um UV-Vis-NIR espectrómetro Cary 5000. Voltametria cíclica, de impedância

eletroquímica e experimentos de microbalança de cristal de quartzo foram realizadas com um

potenciostato / galvanostato AUTOLAB 128N equipado com EQCM e FRA2 módulos.

Todas as imagens SECM e curvas de abordagem foram realizadas utilizando o modo de realimentação

do SECM com um microscópio CHI 920C (CH Instruments) com uma configuração de quatro eléctrodos,

à temperatura ambiente, que utiliza uma combinação de posicionadores de motores de passo da resolução

de 8 nanómetros, com 50 mm de curso distância e um bloco de XYZ piezo, a fim de posicionar a

ponta. A célula electroquímica empregada foi construído em Teflon, com uma abertura de diâmetro 8

mm. Dicas SECM foram ultramicroeletrodos (UMEs) de Pt com o raio, a, de 5 um e RG ~ 5 (RG é a

relação entre o raio de vidro isolante, rg, ao de um, assim RG = rg / a), que foram construídas e

caracterizados como descrito anteriormente [29,30].Abordagem curvas foram gravadas, movendo a ponta

para a superfície do eléctrodo modificado com a velocidade de 2 m s -1, enquanto a ponta foi realizada a

um potencial constante de uma corrente de difusão limitada de fase de solução de sonda electroquímica

na ponta.

2,3 Preparação de HRP / PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado

A J preparação de HRP / PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado foi realizado em dois

passos. No primeiro passo, um filme de PANI / PEG-MWCNT foi electrodepositado sobre a superfície

do eléctrodo de ouro por voltametria cíclica. A fabricação de PEG-NH2 modificado MWCNT foi realizada

como descrito na literatura 31. Resumidamente, os grupos carboxílicos foram inseridos através do refluxo

de 30 mg de MWCNT em 4 mL HNO3 durante 24 horas e filtrada através de papel de filtro.O resíduo

(Mwnt-COOH), foi submetida a refluxo em 10 ml de cloreto de tionilo a 65 ° C durante 24 h para se obter

Mwnt-COCl, seguido por lavagem com THF, e seco à temperatura ambiente. Finalmente, a amina

funcionalizada Mwnt foi inserida por meio de refluxo com COCl Mwnt-O, O'-bis (2-aminoetil)-

polietileno-glicol em THF a 60 ° C durante 24 h. O MWCNT PEG funcionalizado (PEG-MWCNT) foi

separado por filtração e seco à temperatura ambiente. Em seguida, 3 mg mL -1 PEG-MWCNT foi

disperso em 0,05 mol L -1 solução de anilina e a polimerização foi levada a cabo por voltametria cíclica. Na segunda etapa, foi realizada a imobilização de HRP no PANI/PEG-MWCNT32 modificado. Desta forma, 1,7 mg de HRP foram suspensos em 3 ml de 0,1 mol L -1 tampão PBS (pH 5,6), que HRP foi carregado positivamente porque o seu ponto isoeléctrico (pi) de 7,2. A PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado foi então transferida para a solução de HRP e -0,5 V foi aplicada ao eléctrodo durante 20 minutos para imobilizar HRP sobre o eléctrodo. O eléctrodo foi lavado com tampão PBS (pH 5,6) por cinco vezes, estabilizada por deixar cair uma solução de glutaraldeído a 2,5% (v / v) a fim de evitar a lixiviação de HRP, e incubou-se a 4 ° C durante a noite para formar as ligações covalentes. Depois disso, o eléctrodo construído (HRP / PANI / PEG-MWCNT) foi lavado com tampão PBS (pH 5.6) completamente.

3 Resultados e discussão

3.1 Caracterização Composite

A caracterização do MWCNT não modificado e PEG-MWCNT foi realizada por SEM e FT-IR e os

resultados são apresentados nas Figs. 1 e 2, respectivamente. As imagens SEM do não modificada (Fig.

1a) e o PEG-MWCNT (Fig. 1b) mostram que o PEG-NH 2 moléculas estão distribuídos sobre a

superfície, sem qualquer agregação MWCNT grande escala detectável de moléculas de polietileno-

glicol, indicando uma boa dispersão na superfície do nanotubo de carbono.

Aqui Figura 1

Para confirmar a modificação de MWCNT, a composição química de superfícies MWCNT não

modificados e modificados foram caracterizados por FT-IR. A Fig. 2 mostra os espectros de FT-IR de

não modificado e PEG-modificados MWCNTs.

Aqui a Figura 2

A J espectro do MWCNT não modificada (Fig. 2, a curva a) mostra um largo pico de C-H

alquilo alongamento no 2850-3000 cm-1, um pico acentuado C = O que se estende desde os grupos COOH

em 1700 cm1 e uma O-H amplo alongamento pico entre 3400 e 3600 cm -1. No caso do PEG modificado

MWCNT, um pico de C-O-C que se estende a partir de grupos de PEG aparece em 1100 cm-1 (Fig. 2, a

curva b). Estes espectros de FT-IV indicam que as cadeias de PEG foram quimicamente ligado ao

MWCNT carboxilado [33,34].

3,2 eletropolimerização de PANI / PEG-MWCNT filme composto

Fig. 3 mostra a taxa de (a) e de massa (b) curvas registadas durante o crescimento da película

potenciodinâmica PANI / PEG-MWCNT sobre a superfície de ouro. O electropolimerização foi realizada

por ciclos de potencial entre -0,1 e 1,1 V em 0,05 Vs -1e a solução electrolítica constituída por 0,05 mol

L -1 anilina e 3 mg mL -1 PEG-MWCNT em 0,1 mol L -1 H 2 SO 4 .

Figura 3 aqui

Como pode ser visto, a massa começa a aumentar na mesma região do grande carga visto no final

do primeiro exame positivo (Fig. 3a e 3b), devido à oxidação do monómero e, subsequentemente, a

polimerização [35,36]. Para a análise catódica no primeiro ciclo, a massa (Fig. 3b) continuou a

aumentar até 0,50 V e, em seguida, mostrou uma ligeira diminuição até ao limite catódica. O

aumento de massa com a varredura catódica (de 1,1 até 0,50 V) pode ser associada à película de

crescimento [37], uma vez que o potencial é ainda suficientemente elevada para promover o

crescimento do filme, devido à existência de oligómeros na solução após a anódica verificar que são

mais fáceis de serem oxidados do que o monómero. Finalmente, o filme PANI / PEG-MWCNT foi

investigada em uma solução de monómero livre para se obter informação sobre a absorção de

agentes tensioactivos aniónicos e protónico / libertação durante os processos redox. 3,3 PANI /

PEG-MWCNT propriedades dos filmes compósitos

Após a polimerização PANI / PEG-MWCNT, os efeitos dos processos de compensação de carga e

resistência de transferência de carga desses filmes foram investigados (Fig. 4 e Fig. 5.).  Fig. 4a mostra a

(linha cheia) e de corrente de massa (linha tracejada) para uma curva PANI / PEG-MWCNT eléctrodo

modificado, respectivamente.

Aqui Figura 4

Estes dados são para verificações de estado estacionário, isto é, forma voltamétrico é invariável em

relação ao número de ciclos. Como pode ser visto, o aumento da massa monotonicamente na verificação

positiva e diminuição da varredura negativa para PANI / PEG-MWCNT modificado eléctrodo. As

parcelas de massa (a partir de microbalança de cristal de quartzo) versus carga (de voltamogramas

cíclicos) para PANI / PEG-MWCNT foram construídos (dados não mostrados). A partir do declive dos

gráficos, a massa aparente molar (M app) de espécies de compensação de carga, foram calculados de

acordo com a lei de Faraday modificada [38]:

(1)

em que M é a massa app aparente molar das espécies iónicas, F representa a constante de Faraday e z é a

carga eléctrica das espécies compensadores.

A massa molar aparente obtido para a PANI / PEG-MWCNT foi de 76 g mol-1, que é compatível com a

troca protônica e aniónicos simultâneo durante os processos redox do filme. Como pode ser visto, o valor

da massa molar, que foi obtida é menor do que poderia existir no caso de puro SO 4 2 -, assim como é

maior do que no caso de puro H + transporte. Uma possível explicação para este valor obtido aplicativo M é

os iões que participam nestes processos redox ter alguma camada de hidratação, assim como os dois íons

e transporte solvente acontecer durante a oxidação / redução da PANI / PEG-MWCNT filme. A massa

molar aparente de 76 gmol -1 é compatível com a absorção simultânea de SO 4 2 - (M = 96 g mol-1) e a

libertação de H 3 O + (M = 19 g mol -1). Assim, o número de hidratação é igual a 1 para o H + para o valor

da massa molar aparente que foi obtido.

A fim de obter uma melhor informação sobre o fluxo de iões de PANI / PEG-MWCNT filmes, tramas

de número de moles dos protões trocados () e os aniões (a) contra potenciais nestes processos redox

foram obtidos da seguinte forma [38]:

(2)

(3)

onde, M A -, M + H e M S são massa molar do anião de protões, e de solvente, e um número de moles de

catiões e aniões,, é a carga de protões, representa a carga aniónica, e é o número de moles de moléculas

de solvente envolvidos nestes processos redox.

Fig. 4b, apresenta os valores de (linha cheia) e (linha a tracejado), como uma função potencial para o

filme PANI / PEG-MWCNT. Como pode ser visto, a ejecção protónico predominaram sobre a troca

aniónica para o intervalo investigado potencial. De facto, a característica principal do filme PANI / PEG-

MWCNT é o aumento do transporte protónico e diminuição do transporte aniónico durante os processos

redox, quando comparado com polianilina não dopado com PEG-MWCNT [39-41].

Por diferenciação da equação (2) e (3), obtém-se os fluxos molares de protão e aniões com uma

contribuição de solvente, como uma função da densidade de corrente e fluxo de massa (Figura 4-C) [41]:

(4)

(5)

Como pode ser visto, o transporte protónico predominaram sobre toda a gama potencial investigado por

PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado e o fluxo do protão / água molar foi semelhante ao do fluxo

electrónico (densidade de corrente). No entanto, os fluxos protônicos e eletrônicos apresentaram sinais

diferentes, já que ambos os processos são complementares e fazem parte de todo o processo de carga de

compensação.

É bem conhecido que sofre PANI intrínsecas processos redox electroquimicamente. Quando o valor do

potencial negativo para deslocar 0.20V, PANI está num estado de completa reduzida (leucoemeraldine,

LE), LE sofre oxidação parcial de cerca de 0.20V e muda a sua estrutura para emeraldina (EM); EM sofre

oxidação e produz pernigraniline (PE) se o potencial é ainda mais positivamente deslocado para cerca de

0.60V [42]. Está provado que a condutância da PANI é máxima entre PE e Estados EM e da condutância

vai diminuir quando PANI transforma para o estado LE. Aqui, observa-se a impedância plano complexo

de PANI e PANI / PEG-MWCNT compósitos de 0.4V, como PANI está no estado semi-óxido (EM).

As parcelas típicas complexo de plano de impedância para PANI e PANI / PEG-MWCNT compósitos

medidos a 0,2 V e 0,6 V são mostrados como Figo. 5. Note-se que todos os espectros são quase

semelhantes, que contêm um semicírculo distorcida na região de alta frequência, devido ao

comportamento da interface do polímero / solução. Por outro lado, ele contém uma parte linear de baixa

frequência devido à dopagem difusão controlada e dedoping de aniões que resultem de um

comportamento Warburg.

Aqui Figura 5

A intercepção de alta frequência do semicírculo com o eixo real dá o valor da resistência interna do

sistema de três eléctrodos para a soma da resistência da solução de electrólito, a resistência intrínseca do

material activo, e a resistência de contacto na parte activa da interface material / eletrodo de ouro. A

resistência interna do puro PANI e PANI / PEG-MWCNT composto foi estimada como sendo quase o

mesmo. A altas frequências, o semi-círculo é devido à resistência de transferência de carga e da

capacitância de dupla camada. Aqui, como se esperava, a resistência de transferência de carga de PANI /

PEG-MWCNT compósitos é muito menor do que PANI pura [42]. Este comportamento pode ser

atribuída a uma boa dispersão do Mwnt em PANI matriz, devido à formação do revestimento de PANI

em cada PEG-MWCNT o que reduz a distância de intercalação de iões e facilita a transferência de carga e

baixa resistência tal.

3.5. SECM imagens da PANI e PANI / PEG-MWCNT modificado eletrodo

O Scanning Microscopy Eletroquímica (SECM) é uma técnica de sonda de varrimento, em que

as interacções difusivos de uma espécie electroactivos entre um ultramicroeletrodo (a sonda ou a ponta

SECM) e um eléctrodo de substrato são medidas sob a forma de uma corrente electroquimica. Tanto a

topografia e natureza condutora do substrato pode ser sondado [43], de modo que o SECM pode ser usado

para examinar as diferenças na actividade electroquímica de superfícies de alta resolução [44].  SECM

experimentos foram realizados utilizando um 5 um raio de ponta de Pt realizada em E t = -0,1 V vs Ag /

AgCl, uma potencial seleccionado pelo ponta-cíclico voltamograma com a ponta Pt, a d> 200 um. Neste

caso, i T, ∞ em soluções aquosas contendo 1 mmol L-1 [Fe (CN) 6] 3 - como o mediador redox e 0,1 mol L -

1 tampão fosfato KCl como eletrólito suporte foi de 2,6 nA.

A Figura 6a mostra um exemplo representativo da ponta de corrente em função da posição da ponta ao

longo do eixo X para a PANI e PANI / PEG-MWCNT filmes. Como pode ser visto, a corrente registada

por ambos os filmes mostra diferenças como resultado das características do substrato. Para o filme PANI

ponta da corrente é quase constante, indicando que o filme PANI undopped é lisa. Para PANI / PEG-

MWCNT filme, flutuações significativas no actual gravado pode ser visto que podem ser atribuídas à

rugosidade de PANI / PEG-MWCNT superfície da película. Além disso, foi escolhido várias posições na

superfície da película para digitalizar horizontalmente quase que conduziu ao mesmo resultado.

As imagens do SECM PANI e PANI / PEG-MWCNT são mostrados na Fig. 6b e 6c, que mostrou os

resultados de uma análise mais de 500 mm × 500 uM região da película como uma ponta de Pt foi

digitalizada em estreita proximidade com a superfície do eléctrodo modificado com o potencial da ponta e

do substrato (filme) realizada no potencial + 0.5V, vs. Ag / AgCl, respectivamente.

Aqui a Figura 6

A resposta plana na fig. 6b indica que a superfície da PANI é basicamente uniformemente activo sem

características topográficas. Em contrapartida, as regiões brilhantes surgido na fig. 6c representam

correntes mais altas ponta nos locais PEG MWCNT. Como resultado desta composição heterogénea, há

uma grande quantidade de variação topográfica da condutividade da película de PANI / PEG-

MWCNT. Quando a ponta se aproxima do substrato condutor, a redução de [Fe (CN) 6] 4 -(produto da

oxidação, na ponta) ocorre, ou seja, a regeneração de [Fe (CN) 6] 3 - realiza-se, conduzindo à positiva correntes

de retorno na ponta.

A taxa de [Fe (CN) 6] 3 - regeneração nos locais MWCNT PEG-se mais rapidamente do que com os

PANI devido às propriedades de electrões facilitados comunicação do MWCNT-PEG, o que resulta nas

correntes mais elevadas da ponta. A comparação das fig. 6b e 6c implica que existem mais sítios activos

no PANI / PEG-MWCNT superfície do que a superfície PANI devido à incorporação uniforme do

MWCNT. Assim, considerando as propriedades condutoras do nanocompósito, foi empregado na

imobilização de HRP para o desenvolvimento de um sensor de peróxido de hidrogénio.

3,5 redução eletroquímica de H 2 O 2 em MWCNT-PEG HRP / PANI / modificado eletrodo

Em J para além das vantagens únicas de imobilizar uma enzima, mantendo a sua actividade, a

PANI / PEG-MWCNT eléctrodo compósito modificado pode também actuar para melhorar a

transferência de electrões directa entre os locais activos das enzimas e do eléctrodo. Neste sentido, a HRP

foi imobilizado na nanocompósito PANI / PEG-MWCNT explorando as grandes diferenças nos valores

de pontos isoeléctricos de HRP e nanocompósitos PANI base [32]. Assim, as propriedades

eletrocatalíticas da HRP / PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado foram investigados para a

detecção de H 2 O 2 em condições fisiológicas (pH 7,4), explorando a transferência electrónica directa

(DET) mecanismo de HRP. No DET, a redução do peróxido é realizada pela enzima de acordo com a

Equação de reacção. (6a) e a redução do centro activo da enzima ocorre directamente sobre o eléctrodo

(Eq. 6-B), como se segue [45]:

(6)

(6 b)

onde [heme (Fe III), R] é a enzima nativa e férrico HRP [heme (O = Fe IV), R * +] é o seu composto

intermediário oxidado I, k 1 e k s representam as constantes de velocidade referem as Eqs. ( 7a) e (7b),

respectivamente.

Fig. 7 mostra as respostas em variadas amperométricos H 2 O 2 concentrações variando de 4,98 a

43,10  molL-1 em tampão fosfato pH 7,4, por (a) HRP / PANI, e (b) eléctrodo de HRP / PANI / PEG-

MWCNT modificado. Para o potencial aplicado (E app)de -0,1 V, o aumento da [H 2 O 2] resultou em um

aumento negativo em steady-state presente catalisador, típico de redução de peróxido eletrocatalítica

usando HRP / PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado ( Figura 7a).

Aqui Figura 7

Após sucessivas adições de H 2 O 2 a PBS, em condições optimizadas, a resposta do sensor

amperométrico aumentou simultaneamente. Com o aumento da H 2 O 2, concentração do amperométrico

aumentou linearmente no intervalo de 4,98-43,10 uM, com um coeficiente de correlação de 0,998 (n =

9). A equação de regressão foi expressa como j / μAcm -2 = 1,01 ([H 2 O 2] / uM) - 0,21, com o declive de (1.01) -2 μAcm ^ M @ 1. O limite de detecção do biossensor foi estimada como 0,5 uM a uma relação sinal-para-ruído de 3. O limite de sensibilidade de detecção e observado com HRP / PANI / PEG-MWCNT eléctrodo modificado foi mais elevada do que os da maior parte dos eléctrodos modificados relatados na literatura (Quadro 1) [ 22, 24, 52-55 J 46-53 ]. Quando os mesmos sensores foram utilizados para fazer medições repetidas de 20 uM de H 2 O 2, o desvio padrão relativo (RSD, n = 10) foi de 2,5% para o HRP / PANI / PEG-MWCNT eléctrodo biossensor indicando que a nossa proposta mostra um desempenho excelente em termos de estabilidade elevada. Finalmente, testou-se a estabilidade do sensor durante o armazenamento prolongado a 4 ° C, medindo a corrente em resposta a 20 uM de H 2 O 2. Mesmo após 10 dias de armazenamento, as correntes manteve-se em cerca de 95% da sua resposta inicial para a HRP / PANI / PEG-MWCNT. Com efeito, o biossensor operado a um potencial de-100mV, em que a maioria das interferências possíveis são electroquimicamente inactivo. Este resultado é provavelmente atribuível às vantagens sinérgicas da PANI protonada e MWCNT, o que faz com que apenas uma quantidade diminuta de enzima a ser necessária para H 2 O 2 a detecção.

4 Conclusões

Estes J resultados mostram que a PANI ultrafina / PEG-MWCNT filme electroquimicamente

obtido comporta-se como uma camada rígida uma vez que a alteração de frequência de cristal está

relacionada apenas com o crescimento de polímero e não com as propriedades viscoelásticas do filme

PANI / PEG-MWCNT bem como contribuição rugosidade. J As medições de SPR também indicaram que

o filme não sofre os efeitos da aspereza da superfície uma vez que a utilização de modelos de montagem

para superfícies ásperas não eram necessaries J . A utilização do EQCM mostrou que o transporte

protónico é dominante sobre a varredura inteiro intervalo para PANI / PEG-MWCNT filmes e transporte

aniônico é dominante para filmes de PANI. Assim, a característica principal dos filmes PANI / PEG-

MWCNT é o aumento do transporte protónico durante os processos redox, quando comparado com

polianilina não dopado com PEG-MWCNT. Experimentos de impedância eletroquímica mostraram que o

PEG-MWCNT dopado PANI apresenta menor resistência à transferência de carga, bem como maior

coeficiente de difusão iônica. Finalmente, o eléctrodo de compósito modificado é um material excelente

para a imobilização de HRP, que era altamente eficaz na redução de peróxido de hidrogénio com uma alta

sensibilidade.

Agradecimentos

Os autores são gratos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) ea

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) pelo apoio financeiro e bolsas

de estudo.

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Legendas das Figuras

Fig. 1 SEM images of (a) unmodified MWCNT and (b) PEG-MWCNT .Fig. 2 FT-IR spectra of (a) unmodified MWCNT and (b) PEG-MWCNT .Fig.3 (a) Charge/potential and (b) Mass/potential curves recorded during potentiodynamic growth of the

PANI/PEG-MWCNT film in a solution containing 0.05 mol L -1 of aniline, 3 mg mL -1 of PEG-MWCNT

and 0.1 mol L -1 H 2 SO 4 . Scan rate: 0.05 Vs -1.

Fig. 4 (a) Current density (full line) and mass (dashed line) profiles, (b) Moles of protonic (full line) and

anionic (dashed line) species exchanged as a function of the potential, and (c) Molar fluxes of proton

(dashed line), anion (dotted line), and electron (full line) for PANI/PEG-MWCNT film. For (b) and (c)

data were calculated from (a).

Fig. 5 Nyquist plots of the PANI film and the PANI/PEG-MWNT composite film prepared from the

growth solution measured at 0.2 V and 0.6V potentials.

Fig. 6 (A) SECM steady-state 5-µm-diameter tip current as a function of

relative

tip position over 20-µm-thick PANI and PANI/PEG-WMCNT films

prepared potentiostatically, (blue line) z=600µM and (black line) z=

200µM. SECM images of the surface of PANI ( b um ) and PANI/PEG-

MWCNT ( c b ) Utilizando um 5 10 µm diameter Pt microelectrode in aqua

solution of ferricyanid 1 mmolL -1 in the presence KCl 0.1M as redox

mediator.Fig. 7 Amperometric response of the modified electrodes at −0.1 V for the successive addition of 50

µLH 2 O 2 (1mmolL -1 stock solution) in 0.1 M PBS (pH 7.4) (a) HRP/ PANI , (b) HRP/ PANI/PEG-

MWNT and (c) plot of current vs concentration of H 2 O2

(A)

(B)

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4 

J

Figura 5

PANI

PANI/PEG-MWCNT

 J

(B)

(c)**

Figura 6 

Figura 7

Table 1 Comparison of the analytical performance of different H 2 O 2 biosensors

Different H 2 O 2 biosensors Faixa linear Sensitivity (slope) DetectionLimet Eletrólito Applied potential

Referência

Au -SPA N/HRP/GCE 10 - 2000 μM 20.27μ A mM −1 1.6 μM pH 7 PBS 0.1M

− 0.15 V

[ 2 46 ]

Ti/TiO2/Au/HRP 5 μM - 4×10 −4M

- 2 μmol l −1 pH 6 PBS 0.1M

−0.6 V [ 3 47 ]

HRP/ nano-Au/Thi/p-ABSA 2.6 μM-8.8 mM

- 6.4 × 10− 7 mol/L

pH 7 ABS 0.1M

− 0.45 V

[ 5 48 ]

HRP/ nano-Pt-PNR/MWCNTs/GCE

3.6 µM - 4.3mM

4.40 μA mM -1 1.1 μmol/L pH 7 PBS 0.1M

−0.22 V [ 6 49 ]

HRP– ZrO2/Au 0.02 - 9.45 mM

12.20 μA mM -1 2μ M pH 7 PBS 0.1M

-0.3V [ 7 50 ]

MWCNTs/MG/HRP/GCE 0. 5µ - 0.02 mM

- 0.5 μM pH7.2 PBS 0.1M

−0.18 V [ 8 51 ]

ITO/APTMS/colloidal Au/HRP 20.0 µM-8.0 mM

- 8 μM pH 7.0 PBS50mM

-0.250 V

[ 9 52 ]

HRP/SGCCN ? - 12.89 μM pH 7 PBS 0.1M

−0.25 V [ 10 53 ]

HRP/PANI/PEG-MW CNT 4.98 -43.10 μM

1.01μ Acm -2 μM−1

Ou31.7 μA mM -1

0.5μ M pH 7.4 PBS0.1M

- 0.1V Present work

    Corresponding author. Tel.: +55-38-3532-1283; fax: +55-38-3532-1200

E-mail address: flavio.damos@ufvjm.edu.br (F . S. Damos)

Fala logo abaixoEra para falar sobre as imagens SECM?H2SO4 e Ferri?Dados do SPRNão consegui colocar recuo de 0.36cmRECUO DE 0.36cm não consegui colocarRecuo de .36************************************************

recuo 0.36cmEsses dados não estão escritos no texto.Não comentou sobre as imagens de SECM. Retirar dados SPR.Dúvda nessa referênciaPANIPANI/PEG-MWCNT (os nomes estão errados, não consigo abrir)Conferir Legenda .