Estudo da Resposta Dielétrica de Membranas de Acetato de Celulose

Estudo da Resposta Dielétrica de Membranas de Acetato de Celulose.
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*Saulo F. Oliveira , Elder A. de Vasconcelos , Eronides F. da Silva Jr .
1. Núcleo de Tecnologia. Universidade Federal de Pernambuco, Campus Agreste. Caruaru-PE. 55002970.
2. Departamento de Física. Universidade Federal de Pernambuco. Recife-PE. 50670-901.
*[email protected]
RESUMO:Estudamos a resposta dielétrica de membranas de acetato de celulose.Constatamos
que a interação da água com o acetato de celulose resulta num sistema com elevada
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polarizabilidade, com constantes dielétricas da ordem de10 . Isso pode ser interessante em
biossensores envolvendo analitos em solução aquosa, podendo tornar mais fácil a detecção de
mudanças na constante dielétrica devidas às interações biológicas.
Palavras chave: acetato de celulose, biosssensor, dielétricos
1) INTRODUÇÃO
Membranas de acetato de celulose são comumente utilizadas em procedimentos de
separação de macromoléculas. Essas membranas apresentam uma estrutura muito simples,
consistindo de uma matriz sólida, contendo orifícios a partir de 1nm de diâmetro.O acetato de
celulose é um dos ésteres de celulose mais importantes, obtido pela reação da celulose com
ácido acético na presença de acido sulfúrico, conforme a reação mostrada na Fig. 1. O acetato
de celulose é um polímero que pode ser utilizado em uma variedade de aplicações (FISCHER
et. al., 2008). As propriedades apresentadas pelo material dependem do grau de esterificação
da celulose.
Fig. 1 Síntese do Acetato de Celulose
Nossa hipótese foi de que seria interessante usar membranas sintéticas de acetato de
celulose como um substrato para imobilização de camadas bioreceptoras em biossensores. A
camada bioreceptora proporciona a informação bioquímica que o transdutor converterá para
um sinal elétrico, por exemplo. As alterações oriundas da ligação da camada bioreceptora com
o analito são refletidas nas características elétricas, para o caso dos biosensores capacitivos
ou eletroquímicos (de VASCONCELOS et. al., 2009; CHEN et. al., 2004). Assim, neste
trabalho, estudamos a resposta dielétrica de membranas de acetato de celulose, como um
primeiro passo visando sua aplicação na construção de biossensores.
2) METODOLOGIA
As membranas foram adquiridas da Sigma-Aldrich. Utilizamos um Agilent 4284A
Precison RLC Meter como medidor de capacitância acoplado a um Agilent 16451B Dielectric
Test Fixture. A resposta dielétrica foi estudada medindo-se, em diferentes frequências, a
capacitância de um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico é a membrana de Acetato de
Celulose.O sistema de medidas contém uma serie de eletrodos de guarda, que corrigem os
erros de medida oriundos da capacitância parasita presente nas bordas das placas paralelas
(Fig. 2).
Eletrodo de guarda
Capacitância parasita
Linhas de força elétrica
Eletrodo de guarda
Fig. 2. Modelo esquemático do sistema de medidas da resposta dielétrica.
3) RESULTADOS
Quando um sistema é colocado num campo elétrico, os portadores de carga tendem a
se mover devido à ação das forças elétricas. Se forem completamente móveis, temos a
condutividade familiar dos metais, soluções eletrolíticas ou semicondutores. Se só podem se
mover certa distância e depois ficam localizadas, isto resulta na polarização do sistema. Na
polarização dipolar, os dipolos moleculares tendem a se alinhar com o campo. É evidente que
a formação da polarização depende da mobilidade das cargas. Se o campo elétrico for alterado
suficientemente rápido, não há tempo para se estabelecer uma polarização de equilíbrio. A
polarização dipolar da água é bem conhecida e resulta no aumento de sua constante dielétrica
atingindo um valor máximo em torno de 80 (ELLISON; LAMKAOUCHI; MOREAU, 2005). A Fig.
3 mostra a constante dielétrica da membrana em função da frequência, com a membrana seca
e com a membrana úmida, após imersão em água deionizada.
Fig. 3.Constante
Constante dielétrica em função da frequência.
Salienta-se
se o grande aumento da constante dielétrica da membrana úmida em baixas
frequências. Esperava-se
se um aumento devido à polarização dipolar da água. Entretanto, a
constante dielétrica
trica observada foi muito maior do que a da água, o que indica que a interação
da água com o Acetato de Celulose resulta em um sistema de elevada polarizabilidade. O
acetato de celulose é um polímero construído por certo número de unidades estruturais, cada
cad
uma contendo, por exemplo, 104 moléculas. No mecanismo proposto para explicar a resposta
dielétrica (HARTSHORN; RUSHTON,
RUSHTON 1935), cada
a unidade é considerada como um isolante
perfeito; imperfeições
es dielétricas estão confinadas entre as unidades, e moléculas de água ao
serem absorvidas se acumulam nestas regiões. Estes espaços são isolados uns dos outros,
+
-
porém a presença de íons (por exemplo: H3O e OH ) nesta interface
e pode ser a responsável
pela condução e absorção dielétrica.
dielétrica Os íons que estão adsorvidos, e que, portanto, não
podem deixar a superfície específica a que estão ligados, dão origem à absorção dielétrica.
Neste sentido, o resultado indica que moléculas de água ficaram adsorvidas na região
interfacial, contribuído de maneira sinérgica para o aumento da absorção dielétrica.
dielétrica Isso pode
facilitar a detecção de mudanças na constante dielétrica devidas às interações biológicas.
biológicas
4) CONCLUSÃO
Após imersão em água deionizada, membranas de acetato de celulose
elulose apresentam
elevada constante dielétrica, o que lhes torna candidatas em potencial para aplicações em
biossensores ou para imobilização in situ, caracterização elétrica e espectroscópica de
macromoléculas.
AGRADECIMENTOS:
FACEPE, processo BIC-0856-1.05/12
BIC
e CNPQ, processo 478128/2010-0.
478128/2010
REFERENCIAS:
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2008.
doi: 10.1002/masy.200850210.
Hartshorn, L.; E. Rushton, B.The dielectric properties of cellulose acetate.Journal I.E.E., vol. 77,
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