https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44392| Tipo: | Tese |
| Título: | Nanofibras cerâmicas eletrofiadas como nanozymes: síntese, caracterização e aplicação em sensores colorimétricos |
| Título(s) alternativo(s): | Electrospun ceramic nanofibers as nanozymes: synthesis, characterization and application in colorimetric sensors. |
| Autor(es): | Lima, Jéssica Brito dos Santos |
| Primeiro Orientador: | Mercante, Luiza Amim |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Mercante, Luiza Amim |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Silva, Luciana Almeida da |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Araujo, Rennan Geovanny Oliveira |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Costa, Adriana Pavinatto da |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Facure, Murilo Henrique Moreira |
| Resumo: | Diante das crescentes demandas da sociedade por segurança alimentar e acesso à água potável, o desenvolvimento de métodos analíticos simples, rápidos e de baixo custo para o monitoramento de espécies químicas de interesse tem recebido atenção crescente. Entretanto, os métodos analíticos tradicionalmente empregados para essa finalidade, embora sensíveis, frequentemente apresentam elevado custo instrumental, necessidade de infraestrutura laboratorial e longos tempos de análise. Nesse contexto, o sensoriamento colorimétrico baseado em nanozymes surge como uma alternativa promissora. Nanozymes são nanomateriais capazes de mimetizar a atividade catalítica de enzimas naturais, promovendo a oxidação de substratos cromogênicos e gerando mudanças de coloração que permitem a identificação e quantificação de analitos. Entre os materiais investigados para essa finalidade, os óxidos metálicos destacam-se por sua elevada estabilidade química e por suas propriedades catalíticas favoráveis. Entretanto, a exploração de nanofibras cerâmicas como plataformas nanozimáticas ainda permanece limitada, apesar das vantagens estruturais dessas nanoestruturas, como a elevada área superficial e a morfologia unidimensional, características que podem favorecer processos catalíticos. Nesse sentido, neste trabalho, mantas de nanofibras precursoras contendo sais de zinco e manganês foram obtidas por eletrofiação e, posteriormente, submetidas à calcinação, resultando na formação de nanofibras cerâmicas nanoestruturadas (NFII, NFIII, NFIV e NFV) com composições ajustadas pela proporção entre os sais metálicos. As propriedades físico-químicas dos materiais foram investigadas por microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de energia dispersiva, difração de raios X, espectrometria fotoeletrônica de raios X e adsorção física de nitrogênio, permitindo correlacionar morfologia, composição, estrutura cristalina e área superficial das nanofibras obtidas. A capacidade das nanofibras de mimetizar a enzima oxidase foi avaliada utilizando os substratos cromogênicos tetrametilbenzidina (TMB), 2,2′-azino-bis(3-etilbenzotiazolina-6-ácido sulfônico) (ABTS) e o-fenilenodiamina (OPD), obtendo-se parâmetros cinéticos (Km e Vmax) comparáveis ou superiores aos relatados na literatura. A elevada atividade catalítica observada foi explorada no desenvolvimento de sensores colorimétricos para a determinação de nitrito e de ácido ascórbico. O sistema NFII/TMB foi aplicado na determinação do íon nitrito por meio de uma abordagem ratiométrica, espectrofotométrica e assistida por smartphone, apresentando limites de detecção (LD) de 4,0 e 4,8 µmol L-1, respectivamente. Por sua vez, os sistemas NFIII/ABTS e NFIII/OPD foram empregados na determinação de ácido ascórbico, com limites de detecção de 0,7 e 1,5 µmol L-1, respectivamente. Os sensores desenvolvidos apresentaram elevada sensibilidade, seletividade e estabilidade, sendo aplicados com sucesso na determinação dos analitos em amostras reais de água potável e sucos, com recuperações entre 92,0 e 104,9%. Os resultados evidenciam o potencial das nanofibras cerâmicas eletrofiadas como nanozymes para o desenvolvimento de plataformas colorimétricas simples e acessíveis voltadas ao monitoramento da qualidade de alimentos e da água. |
| Abstract: | The increasing demand for food safety and access to potable water has spurred the development of simple, rapid, and low-cost analytical methods for determining chemical species of interest. However, although highly sensitive, conventional analytical techniques often require expensive instrumentation, extensive laboratory infrastructure, and long analysis times. In this context, nanozyme-based colorimetric sensing has emerged as a promising alternative. Nanozymes are nanomaterials that mimic the catalytic activity of natural enzymes, promoting the oxidation of chromogenic substrates and producing color changes that enable the detection and quantification of analytes. Among the materials investigated for this purpose, metal oxides have attracted significant attention due to their high chemical stability and catalytic activity. However, the use of ceramic nanofibers in nanozyme-based platforms remains limited, despite their structural advantages, such as high surface area and one-dimensional morphology, which can enhance catalytic performance. In this work, precursor nanofiber membranes containing zinc and manganese salts were produced by electrospinning and subsequently calcined to yield ceramic nanofibers (NFII, NFIII, NFIV, and NFV) with compositions controlled by the metal salt ratio. The physicochemical properties of the materials were characterized by scanning electron microscopy, energy-dispersive spectrometry, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectrometry, and nitrogen physisorption, enabling correlations between morphology, composition, crystalline structure, and surface area. The oxidase-like activity of the nanofibers was evaluated using the chromogenic substrates tetramethylbenzidine (TMB), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), and o-phenylenediamine (OPD), yielding kinetic parameters (Km and Vmax) comparable to or higher than those reported in the literature. Based on this catalytic activity, colorimetric sensors were developed for the determination of nitrite and ascorbic acid. The NFII/TMB system was applied to nitrite detection using ratiometric, spectrophotometric, and smartphone-assisted approaches, with limits of detection (LOD) of 4.0 and 4.8 µmol L-1, respectively. For ascorbic acid determination, the NFIII/ABTS and NFIII/OPD systems showed LODs of 0.7 and 1.5 µmol L-1, respectively. The developed sensors showed good sensitivity, selectivity, and stability, and were successfully applied to the determination of the analytes in drinking water and fruit juice samples, with recoveries ranging from 92.0 to 104.9%. These results demonstrate the potential of electrospun ceramic nanofibers as nanozymes for developing simple, accessible colorimetric platforms for food and water quality monitoring. |
| Palavras-chave: | Eletrofiação Nanofibras cerâmicas Nanozymes Sensor colorimétrico |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
| Sigla da Instituição: | UFBA |
| metadata.dc.publisher.department: | Instituto de Química |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Citação: | LIMA, Jéssica Brito dos Santos. Nanofibras cerâmicas eletrofiadas como nanozymes: síntese, caracterização e aplicação em sensores colorimétricos. 2026. 139 f. Tese (Doutorado em Química) Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2026. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44392 |
| Data do documento: | 10-Abr-2026 |
| Aparece nas coleções: | Tese (PPGQUIM) |
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Tese Doutorado_Jéssica B. S. Lima_PPGQuim_UFBA.pdf | Nanofibras cerâmicas eletrofiadas como nanozymes: síntese, caracterização e aplicação em sensores colorimétricos | 8,93 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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