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.