Photophysical and morphological characterization of peptide nanostructures containing fluorescent compound for environmental appication

Neste trabalho, produziu-se um sistema fluorescente de nanoestruturas de difenilalanina (FF) contendo (2-benzotiazolil)-7-dietilaminocumarina (C6) como aditivo fluorescente. As características morfológicas das nanoestruturas peptídicas e o efeito do aditivo na auto-organização da FF foram estudadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e as propriedades fotofísicas do sistema fluorescente foram estudadas por espectroscopia de fluorescência fotoestacionária. Das análises morfológicas, verificou-se que o aditivo favorece a auto-organização das nanoestruturas peptídicas, o que pode ser explicado pelo efeito dos anéis aromáticos da C6 nas interações de π stacking entre as unidades de FF. Quanto às propriedades fotofísicas, observou-se que a luminescência azul característica das nanoestruturas e com máximo em 400 nm sofre um desvio batocrômico, ocorrendo em torno de 408 nm, o que é atribuído à formação de um complexo de transferência de energia entre a FF e a C6 que promove a luminescência do sistema a partir de estados híbridos relaxados. O comportamento fotofísico do sistema foi avaliado frente a concentrações distintas de um supressor, o oxigênio molecular. Soluções contendo apenas o aditivo fluorescente apresentou baixa sensibilidade ao oxigênio, o que era esperado, baseado em sua constituição e nas características de cumarinas substituídas frente a supressão. No entanto, o efeito da interação entre as nanoestruturas peptídicas com o aditivo fluorescente derivado de cumarina sobre a sensibilidade do aditivo quanto à supressão de fluorescência foi avaliada e averiguou-se que há um significativo aumento da sensibilidade do composto fluorescente frente a presença de oxigênio molecular. Com isso, também avaliou-se a aplicabilidade do sistema desenvolvido como sensor de oxigênio dissolvido (OD) em amostras de água, como sugestão de aplicação de monitoramento ambiental. A sensibilidade e reprodutibilidade do sistema fluorescente frente a supressão pelo OD foram analisadas em amostras de água de aquário contendo peixes. Para a validação das medidas da supressão da fluorescência com relação à variação da concentração de OD com o tempo, medidas de OD foram realizadas, simultaneamente, empregando o método eletroanalítico convencional. Observou-se, com isso, que as variações de intensidades de fluorescência do sistema apresentaram uma concordância com as quantidades de OD obtidas pelo método convencional.In this work, we produced a fluorescent system composed of diphenylalanine (FF) nanoestructures containing the (2-benzothiazolyl)-7-dietilaminocoumarin (C6) dye as fluorescent additive. The morphological characteristics of the nanostructures and the influence of the additive on the FF self-organization were studied by scanning electron microscopy. The photophysical properties of the fluorescent system were assessed by photostationary fluorescence spectroscopy. From the morphological analysis, it was observed that the additive favors the FF self-organization, which can be attributed to the influence of the C6 aromatic rings on the π stacking interactions among the FF units. Also, it was observed that the characteristic blue fluorescence of the nanostructures at 400 nm, shifts to 408 nm in the presence of the additive. This is a result of an energy transfer complex that is formed between the FF and the C6, which promotes the fluorescence of the system from relaxed hybrid excited states. The photophysical behavior of the fluorescent system towards different concentrations of a suppressor, the molecular oxygen, was evaluated. Solutions containing the fluorescent additive alone showed poor sensitivity towards oxygen, as expected based on the properties of substituted coumarin derivatives when exposed to oxygen. However, the effect of the interaction between the FF nanostructures and the additive on the coumarin derivative sensitivity towards oxygen quenching was assessed and a remarkable increase of the dye sensitivity was observed. Therefore, we tested the applicability of this newly developed fluorescent system as a sensor for dissolved oxygen (DO) from water samples for potential application in environmental monitoring. The sensitivity and reproducibility of the fluorescent system quenching by DO were carried out in water samples from a tank containing fish specimen. In order to validate the fluorescence quenching measurements in the presence of varying DO concentration with time, the DO measurements were also simultaneously performed by the conventional electroanalytical method. We then observed that the variations in fluorescence intensities of the system agreed with the concentrations of DO measured by the conventional method