Defesa de Tese de Doutorado #371 – Leonel Muniz Meireles – 07/08/2020

Estudo e aplicações da interface grafeno-água

Autor: Leonel Muniz Meireles

Banca Examinadora

Prof. Rodrigo Gribel Lacerda (Orientador)

DF/UFMG

Dra. Ingrid Davi Barcelos (Coorientadora)

LNLS

Prof. Cristiano Fantini Leite

DF/UFMG

Prof. Mário Sérgio de Carvalho Mazzoni

DF/UFMG

Prof. Alexandre Reily Rocha

IFT/UNESP

Profa. Cecília de Carvalho Castro e Silva

Mackenzie

Orientação

Prof. Rodrigo Gribel Lacerda (Orientador)

DF/UFMG

Dra. Ingrid Davi Barcelos (Coorientadora)

LNLS

Resumo do Trabalho

Grafeno é um material bidimensional (2D) composto apenas por átomos carbono, que tem sido amplamente estudado devido às suas propriedades elétricas, mecânicas e ópticas. A combinação deste material com algumas técnicas de caracterização tem alcançado importantes conquistas, especialmente no desenvolvimento de biossensores. No entanto, o uso do grafeno para tais fins, se inicia com o desafio de entender e dominar todas as propriedades deste material na presença de meios líquidos.
Desta forma, a primeira proposta desta tese consiste em aprimorar o entendimento das propriedades elétricas do grafeno, quando este passa a estar na interface ar/água. Realizamos esse estudo através da construção de um dispositivo que nos permitiu estudar a interação do grafeno suspenso sobre água, ou seja, sem a presença de substratos. Observamos que, a diminuição abrupta da resistividade do grafeno suspenso na presença de água é de natureza eletromecânica, com um efeito de transferência de carga de magnitude muito menor, caso existam, que efeitos mecânicos. Esse resultado não apenas esclarece alguns enigmas científicos básicos (transferência de carga da água para o grafeno), mas também desbloqueia novas aplicações para sistemas fluídicos híbridos de baixa dimensão.
Em uma segunda abordagem, fabricamos uma plataforma de microburacos para análise de biomateriais em ambientes líquidos com espectroscopia de infravermelho realizada em nanoescala. Nesse segundo trabalho, a partir da interface grafeno/líquido, juntamente com a técnica SINS (Synchrotron Infrared Nano-spectroscopy) obtemos a “impressão digital” infravermelha de fluidos, biológicos e químicos, tais como o Dimetil Sulfóxido (DMSO), Fosfato (KH2PO4) e ácido pirenobutanóico éster succinimidílico (PBSE). Além disso, demonstramos a nanoespectroscopia de fragmentos de albumina de soro humano (HSA) em água com uma visão clara das assinaturas espectrais de proteínas e suas estruturas secundárias através da resposta vibracional das bandas amidas I-II.