Como se determinó mediante SPR, la inmovilización de GO es rápida, por lo que es de esperar que el tiempo de autoensamblado tenga poca influencia en las características de la plataforma obtenida. Además del tiempo de adsorción, existen otras variables que se pueden ajustar para controlar el autoensamblado LBL, siendo el pH una de las más ampliamente reconocidas y estudiadas [60]. En este sentido, se estudió el efecto del pH de la dispersión de GO sobre las propiedades electroquímicas de Au/MPS/PDDA/GO. Las imágenes SECM de la figura 6.15 presentan la reactividad superficial para Au/MPS/PDDA (a) y para GO inmovilizado sobre dicha plataforma a partir de dispersiones a distintos pHs: 6,00 (b), 7,00 (c), 8,00 (d) y 9,00 (e). La tabla 6.2
resume los valores de iT/iT, promedios del UME para cada superficie.
La modificación con dispersiones de pH creciente incrementa la corriente medida por el UME respecto a Au/MPS/PDDA. Incluso, a pH 8,00 el valor de iT/iT,
promedio supera a la corriente medida sobre Au. Teniendo en cuenta que, desde el punto de vista electroquímico, GO es un aislante [61] estas variaciones en la corriente del UME se deben a variaciones en las propiedades o estructura de la película de GO formada en función del pH.
0 3 6 9 0 -3 -6 -9
Z''/x
10
5
Z'/x10
5
167
Figura 6.15. Imágenes SECM obtenidas sobre Au/MPS/PDDA (a), y Au/MPS/PDDA/GO a partir de dispersiones de GO 0,50 mg mL-1 a distintos pH: 6,00 (b), 7,00 (c), 8,00 (d), y 9,00 (e).
Condiciones experimentales iguales a la figura 6.12.
Tabla 6.2. Valores de corriente normalizada del UME (iT/iT,) para las imágenes SECM de la figura 6.15. iT/iT, Au 1,268 0,004 Au/MPS/PDDA 1,14 0,01 Au/MPS/PDDA/GO (pH 6,00) 1,16 0,01 Au/MPS/PDDA/GO (pH 7,00) 1,23 0,02 Au/MPS/PDDA/GO (pH 8,00) 1,32 0,02 Au/MPS/PDDA/GO (pH 9,00) 1,23 0,02
En una dispersión coloidal (como la de GO) el movimiento browniano produce colisión entre las partículas y si las fuerzas de atracción predominan, las partículas se aglomeran después de la colisión. En caso contrario, si las fuerzas de repulsión predominan, las partículas permanecen separadas después de la colisión. Las fuerzas de atracción son las de van der Waals, en tanto que las fuerzas de repulsión provienen de la interacción entre las dobles capas eléctricas que rodean a las partículas [62]. Dado que las cargas superficiales del GO están dadas por el grado de ionización de los grupos carboxilato, es de esperar que la estabilidad coloidal dependa fuertemente del pH. La
168
0,50 mg mL-1 en función del pH, obtenidos mediante un equipo que utiliza el principio de dispersión de luz dinámica.
El potencial disminuye conforme aumenta el pH hasta 8,00 para aumentar luego levemente. Otros autores han reportado comportamientos similares, donde el pH al cual se alcanza el mínimo valor de potencial depende del método de síntesis del GO
[63–65]. Dicho mínimo está relacionado con la concentración de iones del NaOH usado para ajustar el pH: al aumentar éste, incrementa la concentración de los iones Na+ que apantallan las cargas negativas del GO.
Figura 6.16. Potencial (eje de la izquierda, ) y radio hidrodinámico (eje de la derecha, ) en función del pH para dispersiones acuosas de GO 0,50 mg mL-1. El pH de las muestras fue
ajustado con NaOH 0,10 M.
El radio hidrodinámico ha demostrado ser una herramienta muy útil para evaluar cambios en el tamaño de las láminas de GO dado que se puede correlacionar directamente con los tamaños reales medidos por TEM, pero empleando una técnica más sencilla y menos costosa [66]. Los puntos azules de la figura 6.16 muestran que el radio disminuye hasta pH 8,00 para luego mantenerse constante. Esta tendencia, que se correlaciona con la del potencial , sugiere que a pH básico y debido a que su carácter se hace más hidrofílico, porque los grupos carboxilato se encuentran deprotonados, las láminas de GO se encuentran más extendidas. Al disminuir el pH, la protonación de los grupos carboxilato disminuye la hidrofilicidad del GO produciendo agregado de las partículas e incremento de su radio. Cote y col. [63] observaron un comportamiento similar con el pH, estudiando la formación de películas de Langmuir en la interfaz agua- aire. 4 6 8 10 -60 -50 -40 -30
pH
Poten
cial
/m
V
80 120 160 200Radio
hid
rodin
ám
ico/n
m
169
De esta manera, los incrementos en la corriente observados en las imágenes SECM con el aumento del pH de la dispersión de GO están relacionados con una mejor disponibilidad de los grupos carboxilato (producto de un ensamblado más eficiente por reducción del radio hidrodinámico y aumento de la carga superficial) que favorecen la transferencia de carga de FcOH por complementariedad de cargas.
Para evaluar el efecto del pH sobre la inmovilización de BSA, se autoensamblaron dispersiones de GO de pH creciente sobre Au/MPS/PDDA y luego se unió covalentemente la proteína, previa activación con EDC/NHS. La cantidad de BSA inmovilizada fue determinada mediante experimentos de SPR y se muestra en la figura 6.17 A. Se puede observar que BSA aumenta hasta pH 8,00, siguiendo la misma tendencia que los resultados anteriores: si aumenta la disponibilidad de los grupos carboxilato, aumentan los puntos de unión con la proteína.
Figura 6.17. A Cubrimientos superficiales de BSA (BSA) en función del pH de la dispersión de
GO ensamblada sobre Au/MPS/PDDA. Los BSA fueron obtenidos de experimentos de SPR, a
partir del SPR debido a la inmovilización covalente de la proteína. B Dependencia de Rtc de
espectros de impedancia en Q/H2Q 2,00 x10-3 M en función del pH de la dispersión de GO
ensamblada sobre Au/MPS/PDDA. Las barras en naranja corresponden a los valores de Rtc
obtenidos antes de la inmovilización de BSA y las barras violetas, para los Rtc luego de la unión
de Au/MPS/PDDA/GO con BSA.
Los cambios en la plataforma producto de la inmovilización de BSA también pueden ser evaluados mediante EIE usando Q/H2Q 2,00 x10-3 M como sonda redox, a partir del análisis de las Rtc. El panel B de la figura 6.17 presenta las Rtc obtenidas sobre Au/MPS/PDDA/GO (barras naranjas) y Au/MPS/PDDA/GO/BSA (barras violetas) en función del pH de la dispersión de GO. Este marcador redox muestra que Rtc es mínimo cuando el pH de la dispersión de GO ensamblado es 8,00. Si bien se conoce que GO es un aislante desde el punto de vista electroquímico, respecto a la capa de Au/MPS/PDDA subyacente posee una cinética de transferencia de carga mayor (sección 2.5.1). Esto se
6 7 8 9 5 6 7 8 9
B
BSA/x1
0
-12m
ol
c
m
-2pH
A
6 7 8 9 0 7 14 21 28R
tc/x1
0
5 pH
170
traduce en una disminución en la Rtc conforme se inmoviliza mayor cantidad de GO. Por otro lado, dado que a pH 8,00 es cuando se obtiene mayor BSA, en esta condición se alcanza el mayor incremento en Rtc cuando se modifica Au/MPS/PDDA/GO con BSA dado que la misma actúa como agente bloqueante para la transferencia de carga de Q/H2Q.