Preparation and Characterization of Bifunctional-Nanostructured Surfaces of Pt/Au Obtained Via Template for Application in Sensors and Biosensors

Superfícies híbridas nanoestruturadas Pt/Au com os depósitos de Au de 20, 50 e 100 nm de espessura foram obtidas pelo processo fotolitográfico. O molde utilizado foi um arranjo de microeletrodos interdigitados. As superfícies híbridas nanoestruturadas Pt/Au contendo 20, 50 e 100 nm de Au desenvolvidas foram caracterizadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Então, aplicadas como sensores para detecção eletroquímica dos biomarcadores ácido ascórbico, ácido úrico, dopamina, hidroquinona e nitrito. Numa segunda etapa, as nanoestruturas de ouro foram recobertas com monocamada auto-organizada (self-assembled monolayers - SAM) de alcanotiol (cistamina, ácido mercaptoacético e 11-mercaptoundecanóico) visando a preparação da superfície para imobilização de biomoléculas, incluindo enzimas e anticorpos. A superfície híbrida bimetálica bifuncional nanoestruturada Pt/Au-SAM foi obtida realizando-se varreduras cíclicas em solução contendo 0,1 mol L-1 de H2SO4 em intervalos de varreduras de potenciais específicos para cada SAM, através deste procedimento foi possível remover a SAM somente da superfície da platina e mantendo sobre as nanoestruturas de ouro. A enzima glicose oxidase (Aspergillus niger) foi imobilizada por ligação covalente com auxílio de EDC/NHS e o ferroceno foi utilizado como mediador de elétrons. A caracterização eletroquímica foi feita em solução aquosa contendo 0,1 mol L-1 de ácido sulfúrico supra puro e em solução contendo 5,0 mmol da sonda redox ferrocianeto e ferricianeto de potássio utilizando-se a técnica de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. O peróxido de hidrogênio formado como produto da reação da catálise enzimática foi determinado sobre a superfície da platina em solução contendo 0,1 mol L-1 de PBS. A constante cinética aparente de Michaelis-Menten (KMapp) e a constante catalítica kcat foram calculadas e comparadas com outros transdutores relatados na literatura. A terceira aplicação foi a utilização desta superfície híbrida como um imunossensor eletroquímico para detecção de cortisol salivar. O anticorpo Anti-cortisol foi imobilizado com auxílio de EDC/NHS a SAM. Esse dispositivo foi imerso em soluções contendo 3.1 x 10-15 - 1.5 x 10-3 mol L-1 de cortisol. A relação sinal-concentração foi obtida através da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica observando-se a variação de transferência de carga com relação à variação de concentração de cortisol adsorvido ao dispositivo Pt/Au/SAM/Anticorpo-cortisol. Os limites de detcção obtidos foram 0,08, 207, 0,3, 11,1, 11,3, 0,2 × 10-6 e 9,3 × 10-13mol L-1 para glicose, ácido ascórbico, dopamina, hidroquinona, nitrito e ácido úrico, respectivamente.Nanostructured hybrid surfaces Pt/Au containing 20, 50 and 100 nm of Au was obtained by the photolithographic process. The template used was an interdigitated microelectrodes array. The nanostructured hybrid surfaces Pt/Au containing 20, 50 and 100 nm of Au was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. Then, applied as sensors for electrochemical detection of biomarkers ascorbic acid, uric acid, dopamine, hydroquinone and nitrite. In a second step, the gold nanostructures were coated with self-assembled monolayer (self-assembled monolayers - SAM) of alkanethiol (cystamine, mercaptoacetic acid and 11-mercaptoundecanoic acid) aiming at preparing the surface for biomolecule immobilization, including enzymes and antibodies. The bifunctional nanostructured hybrid surface Pt/Au-SAM was obtained by performing cyclic scans solution containing 0.1 mol L-1 H2SO4 at specific potential scans intervals for each SAM through this procedure was only possible to remove the SAM the platinum surface and holding on the gold nanostructures. The enzyme glucose oxidase (Aspergillus niger) was immobilized with EDC/NHS and ferrocene was used as an electron mediator. The electrochemical characterization was performed in an aqueous solution containing 0.1 mol L-1 of sulfuric acid and in a solution containing 5.0 mmol of potassium ferrocyanide and ferricyanide redox probe using cyclic voltammetry technique and electrochemical impedance spectroscopy. The hydrogen peroxide formed as a product of the enzyme-catalyzed reaction was measured on the surface of platinum solution containing 0.1 mol L-1 PBS. The apparent Michaelis-Menten kinetic constant (KMapp) and the catalytic constant kcat were calculated and compared with other transducers reported in the literature. The third application was the use of this hybrid surface and an electrochemical immunosensor for detecting salivary cortisol. Anti-cortisol antibody was immobilized at the SAM (mercaptocaetic acid) with EDC/NHS. This device was dipped in solutions containing 3.1 x 10-15 - 1.5 x 10-3 mol L-1 of cortisol. The signal-concentration relationship was obtained by electrochemical impedance spectroscopy technique of observing the variation in load transfer with respect to variation of cortisol concentration device adsorbed to Pt/Au/SAM/antibody-cortisol. The detection limit obtained were 0.08, 207, 0.3, 11.1, 11.3, 0.2 × 10-6 mol L-1 for glucose, ascorbic acid, dopamine, hydroquinone, nitrite, uric acid, respectively. Keywords: Nanostructured hybrid surface, sensors, biosensors, imunosensors, biomarkers, uric acid, ascorbic acid, dopamine, hydroquinone, glucose, cortisol