Nome do Projeto
Síntese de Materiais com Polímeros Impressos Molecularmente para Sensores Seletivos Aplicáveis a Amostras Reais
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/06/2025 - 31/05/2028
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Este projeto tem como objetivo desenvolver nanopartículas modificadas com polímeros impressos molecularmente (MIPs), seletivos para corantes e pesticidas, visando sua aplicação como plataformas de reconhecimento em sensores biomiméticos. A proposta busca estabelecer um método sensível, seletivo e eficiente para a detecção de analitos relevantes nas áreas ambiental e alimentícia. A preparação das nanopartículas será realizada por métodos como co-precipitação ou rota poliol, enquanto a deposição dos MIPs sobre essas partículas ocorrerá por meio das técnicas de precipitação, miniemulsão e/ou estrutura core-shell.
A seleção dos monômeros funcionais será guiada por ferramentas de modelagem computacional, com o intuito de obter sistemas poliméricos mais seletivos e eficientes, reduzindo o uso de reagentes e tempo experimental. Para fins comparativos, também serão sintetizados materiais controle utilizando polímeros não impressos (NIPs). Os materiais obtidos serão caracterizados quanto às suas propriedades físicas e químicas por meio de análises morfológicas (MEV, TEM, AFM), de porosidade, térmicas, bem como estudos de seletividade e afinidade.
Os sistemas com melhor desempenho serão incorporados a sensores, cujas condições operacionais serão otimizadas. Esses sensores serão, então, aplicados em amostras reais contendo corantes e pesticidas. O projeto busca evidenciar o potencial dos MIPs como plataformas sensoras alternativas, destacando sua estabilidade, durabilidade e custo reduzido em comparação a biossensores convencionais baseados em elementos biológicos.
Objetivo Geral
Este projeto tem como objetivo a síntese de materiais híbridos do tipo core@shell, compostos por um núcleo (core) de nanopartículas de diferentes naturezas e uma casca (shell) formada por polímeros impressos molecularmente (MIPs). Pretende-se desenvolver sensores biomiméticos baseados nesses materiais, capazes de mimetizar interações biológicas de reconhecimento seletivo, voltados à detecção de poluentes clássicos e emergentes.
Serão desenvolvidos sensores com resposta eletroquímica, otimizados para a detecção de corantes presentes em tinturas capilares temporárias, como o Reactive Black 5 e o corante Basic Blue 51, além de pesticidas pertencentes à classe das triazinas, e organofosforados . A proposta busca oferecer dispositivos analíticos seletivos, sensíveis e com potencial de aplicação em amostras reais.
Serão desenvolvidos sensores com resposta eletroquímica, otimizados para a detecção de corantes presentes em tinturas capilares temporárias, como o Reactive Black 5 e o corante Basic Blue 51, além de pesticidas pertencentes à classe das triazinas, e organofosforados . A proposta busca oferecer dispositivos analíticos seletivos, sensíveis e com potencial de aplicação em amostras reais.
Justificativa
O Professor Dr. Khan possui ampla experiência na área desta pesquisa científica, tendo desenvolvido seu doutorado com foco em métodos analíticos para determinação de pesticidas, além de atuar na síntese de nanomateriais e polímeros impressos molecularmente (MIPs) por meio dos métodos de precipitação e polimerização em massa (bulk). Essa expertise qualifica-o plenamente para a execução satisfatória deste projeto.
A escolha das metodologias e técnicas a serem utilizadas fundamenta-se na experiência prévia do Professor Dr. Khan, adquirida durante sua atuação no grupo da Profa. Dra. Maria Del Pilar Taboada Sotomayor, do Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da UNESP – Araraquara, onde contribuiu no desenvolvimento de dispositivos sensores para diversas aplicações.
Este projeto será desenvolvido nos Laboratórios NOVONANO e LabPMaT, vinculados ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PPGCEM) da Universidade Federal de Pelotas (UFPel) e grupo de Pesquisa Nanobiomimetic- Unesp - Instituto de Química , que oferecem toda a infraestrutura necessária para a realização das atividades experimentais propostas.
A escolha das metodologias e técnicas a serem utilizadas fundamenta-se na experiência prévia do Professor Dr. Khan, adquirida durante sua atuação no grupo da Profa. Dra. Maria Del Pilar Taboada Sotomayor, do Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da UNESP – Araraquara, onde contribuiu no desenvolvimento de dispositivos sensores para diversas aplicações.
Este projeto será desenvolvido nos Laboratórios NOVONANO e LabPMaT, vinculados ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PPGCEM) da Universidade Federal de Pelotas (UFPel) e grupo de Pesquisa Nanobiomimetic- Unesp - Instituto de Química , que oferecem toda a infraestrutura necessária para a realização das atividades experimentais propostas.
Metodologia
1. Preparo de MagMIP
Para sintese MIP core@shell com núcleo de magnetita, uma modificação que vem sendo realizada para aumentar ainda mais a eficiência desse material é a junção do MIP com nanopartículas sólida
A síntese dos Fe3O4 será realizada e adaptada de acordo com Zeb-et al, (2021)
As nanopartículas serão preparadas dissolvendo FeCl3·6H2O (4,72 g) e FeCl2·4H2O (1,72 g) em 80 mL de água com agitação vigorosa sob ambiente de nitrogênio. Hidróxido de amônio (10 mL, 28% em água) será adicionado ao sistema gota a gota, e a reação será mantida a 80°C por cerca de 30 minutos. O precipitado preto (as nanopartículas de Fe3O4) será removido usando um ímã. Em seguida, alguns produtos químicos que não reagiram serão lavados com água e as nanopartículas serão secas sob vácuo.
Na segunda etapa, as partículas de Fe3O4 serão ainda modificadas dispersando 300 mg em 40 mL de etanol e 4 mL de água por ultrassonicação durante 15 minutos.
Na terceira etapa, serão adicionados à mistura 5 mL de hidróxido de amônio e 2 mL de TEOS, deixando reagir completamente por 12 horas a 25°C. Os materiais serão então separados por meio de um ímã, lavados com água e secos em vácuo.
Em final para mag-MIP ácido metacrílico (4 mmol) será usado como monômero funcional na polimerização do 178 mg da analito (corante/pesticidas) e acetonitrila (outro solvente) como solvente na preparação do mag-MIP. Após duas horas de agitação à temperatura ambiente, 200 miligramas de Fe3O4@SiO2–C=C serão adicionados ao sistema de reação. A mistura será então agitada por mais 3 horas. Além disso, 20 mmol de EGDMA e 82,5 mg de peróxido de benzoíla (iniciador radical) serão adicionados ao sistema. A mistura foi então sonicada por 5 minutos em atmosfera de nitrogênio. Depois disso, a mistura de reação foi aquecida a 60°C em ambiente de nitrogênio por 24 horas Zeb-et al, (2021).
2. Construção do eletrodo Mag-MIP de pasta de carbono modificado
Para obter a mistura homogênea, uma quantidade de 15 mg de mag-MIP ou 15 mg de mag-NIP será misturada uniformemente com 85 mg de pó de grafite na presença de 1000 µL (1 mL) de água deionizada. O material será misturado cuidadosamente por aproximadamente 20 minutos utilizando almofariz e pilão para integrar todas as substâncias, e a pasta será mantida por 12 horas em temperatura ambiente para desidratação. Depois disso, uma quantidade de 80 μL de óleo mineral será adicionada gota a gota à mistura para obter a pasta de trabalho. A pasta de trabalho será usada para preencher o orifício vazio do eletrodo de Teflon® (2,5 mm de diâmetro interno e 1 mm de profundidade). Os materiais modificados preparados serão denominados eletrodo de pasta de carbono mag-MIP e eletrodo de pasta de carbono mag-NIP.
3. Protocolo de análise
Uma vez obtidos os magnetoeletrodos, estes serão usados juntamente com partículas magnéticas modificadas com os MIP para cada um dos analitos eletroquimicamente ativos, em baixíssimas concentrações e em amostras complexas, tais como os cafeína e prolina em bebidas à base de guaraná. Nesta etapa deverá ser avaliada a melhor técnica eletroquímica a ser empregada, a faixa de potenciais, o eletrólito suporte, entre outros parâmetros que se julgue necessários.
4. Validação dos métodos
Para validação dos resultados obtidos na análise das amostras serão utilizadas a espectrofotometria UV/vis e a cromatografia liquida (HPLC), segundo seja o método padrão de cada analito proposto.
Para sintese MIP core@shell com núcleo de magnetita, uma modificação que vem sendo realizada para aumentar ainda mais a eficiência desse material é a junção do MIP com nanopartículas sólida
A síntese dos Fe3O4 será realizada e adaptada de acordo com Zeb-et al, (2021)
As nanopartículas serão preparadas dissolvendo FeCl3·6H2O (4,72 g) e FeCl2·4H2O (1,72 g) em 80 mL de água com agitação vigorosa sob ambiente de nitrogênio. Hidróxido de amônio (10 mL, 28% em água) será adicionado ao sistema gota a gota, e a reação será mantida a 80°C por cerca de 30 minutos. O precipitado preto (as nanopartículas de Fe3O4) será removido usando um ímã. Em seguida, alguns produtos químicos que não reagiram serão lavados com água e as nanopartículas serão secas sob vácuo.
Na segunda etapa, as partículas de Fe3O4 serão ainda modificadas dispersando 300 mg em 40 mL de etanol e 4 mL de água por ultrassonicação durante 15 minutos.
Na terceira etapa, serão adicionados à mistura 5 mL de hidróxido de amônio e 2 mL de TEOS, deixando reagir completamente por 12 horas a 25°C. Os materiais serão então separados por meio de um ímã, lavados com água e secos em vácuo.
Em final para mag-MIP ácido metacrílico (4 mmol) será usado como monômero funcional na polimerização do 178 mg da analito (corante/pesticidas) e acetonitrila (outro solvente) como solvente na preparação do mag-MIP. Após duas horas de agitação à temperatura ambiente, 200 miligramas de Fe3O4@SiO2–C=C serão adicionados ao sistema de reação. A mistura será então agitada por mais 3 horas. Além disso, 20 mmol de EGDMA e 82,5 mg de peróxido de benzoíla (iniciador radical) serão adicionados ao sistema. A mistura foi então sonicada por 5 minutos em atmosfera de nitrogênio. Depois disso, a mistura de reação foi aquecida a 60°C em ambiente de nitrogênio por 24 horas Zeb-et al, (2021).
2. Construção do eletrodo Mag-MIP de pasta de carbono modificado
Para obter a mistura homogênea, uma quantidade de 15 mg de mag-MIP ou 15 mg de mag-NIP será misturada uniformemente com 85 mg de pó de grafite na presença de 1000 µL (1 mL) de água deionizada. O material será misturado cuidadosamente por aproximadamente 20 minutos utilizando almofariz e pilão para integrar todas as substâncias, e a pasta será mantida por 12 horas em temperatura ambiente para desidratação. Depois disso, uma quantidade de 80 μL de óleo mineral será adicionada gota a gota à mistura para obter a pasta de trabalho. A pasta de trabalho será usada para preencher o orifício vazio do eletrodo de Teflon® (2,5 mm de diâmetro interno e 1 mm de profundidade). Os materiais modificados preparados serão denominados eletrodo de pasta de carbono mag-MIP e eletrodo de pasta de carbono mag-NIP.
3. Protocolo de análise
Uma vez obtidos os magnetoeletrodos, estes serão usados juntamente com partículas magnéticas modificadas com os MIP para cada um dos analitos eletroquimicamente ativos, em baixíssimas concentrações e em amostras complexas, tais como os cafeína e prolina em bebidas à base de guaraná. Nesta etapa deverá ser avaliada a melhor técnica eletroquímica a ser empregada, a faixa de potenciais, o eletrólito suporte, entre outros parâmetros que se julgue necessários.
4. Validação dos métodos
Para validação dos resultados obtidos na análise das amostras serão utilizadas a espectrofotometria UV/vis e a cromatografia liquida (HPLC), segundo seja o método padrão de cada analito proposto.
Indicadores, Metas e Resultados
Após o termino deste projeto espera-se obter os seguintes resultados:
• Obter um sensor biomimético capaz de realizar uma rápida detecção e quantificação dos níveis de concentração de corante e pesticidas em differente amostras .
• Ter possibilitado ao discente participar de eventos científicos da área, com apresentação dos seus resultados de pesquisa.
• Ter propiciados aos discentes participantes deste projeto experiências relevantes a formação profissional.
• Ter contribuído com o grupo de pesquisa e com a pós-graduação (PPGCEM) da UFPEL, quanto ao fortalecimento da linha de pesquisa e produção científica.
• Obter um sensor biomimético capaz de realizar uma rápida detecção e quantificação dos níveis de concentração de corante e pesticidas em differente amostras .
• Ter possibilitado ao discente participar de eventos científicos da área, com apresentação dos seus resultados de pesquisa.
• Ter propiciados aos discentes participantes deste projeto experiências relevantes a formação profissional.
• Ter contribuído com o grupo de pesquisa e com a pós-graduação (PPGCEM) da UFPEL, quanto ao fortalecimento da linha de pesquisa e produção científica.
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| SABIR KHAN | 8 |