Preparación y caracterización impedimétrica de superficies nanosensoras de óxido de titanio

BONETTO, MARÍA CELINA; RINALDI, ANA L.; JOSE IVAN GONZALES JORGE; SANTIAGO COSCI; SANTIAGO SOBRAL; ROMINA CARBALLO

Rio Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

nano2022

En los últimos años, las películas nanocristalinas de dióxido de titanio (TiO2) han sido investigadaspara su uso en diferentes aplicaciones, sobre todo en el diseño de sensores ópticos y electroquímicos, laconstrucción de celdas solares e incluso en baterías de carga rápida. En el diseño de sensores, las moléculasorgánicas se pueden unir a la superficie de TiO2 anclándose a través de diferentes grupos funcionalessiendo los más empleados los grupos carboxílicos; sin embargo, los ácidos fosfónicos muestran tambiéngran afinidad por estas superficies [1].En este trabajo se discute la preparación de superficies conductoras de TiO2 obtenidas a partir deun proceso en dos etapas: i) la electrodeposición catódica de una película de gel de oxihidróxido de titanioen solución acuosa (TiO(OH)2·xH2O) a partir de un precursor de Ti y (ii) el tratamiento térmico posterior deesta película de gel dando como resultado la formación de una película de TiO2. Los electrodos de TiO2preparados fueron exhaustivamente caracterizados por microscopía SEM, Raman y XPS, mostrandodiferencias significativas entre las muestras con y sin tratamiento térmico. Se estudiaron los modos deunión y la geometría de adsorción de dos estructuras que contienen grupos fosfatos. Se realizaronmediciones electroquímicas del modificador (TiO2Np/SPE), sobre electrodos de screenprinting (SPE), de dosmoléculas de interés biológico: adenosina difosfato (ADP) y adenosina trifosfato (ATP), bajo distintascondiciones de pH. Se realizaron voltametrías cíclicas y mediciones de impedancia, empleando como cuplaredox Fe(CN)6 3-/4- y se observó que solo frente al agregado de distintas concentraciones de ATP en pHácidos se obtiene un aumento significativo de los valores de resistencia de transferencia de carga (Rct)calculados, acompañado de una mayor separación de los potenciales anódicos y catódicos en los picosvoltamétricos. Para el sistema TiO2Np/SPE frente a ATP a pH 3,80, los resultados pueden ser ajustadosadecuadamente a una ecuación del tipo de isoterma de Langmuir, Rct=Rct,0 + ∆R*[ATP]/(KATP + [ATP]),donde KATP es la constante de equilibrio de unión de fosfato a la superficie de TiO2 [2]. Los resultados sonconsistentes con la evidencia de una adsorción específica de ATP a la superficie de TiO2Np/SPE a pH 3,80,con alta afinidad (KATP= 3,15 mM), en el rango de concentración de 0,02 a 5,0 mM de ATP, lo cual haceproponer al sistema TiO2Np/SPE como un potencial sensor impedimétrico a ATP, selectivo aún enpresencia de ADP.De esta manera proponemos que es posible, a través del estudio de los modos de unión, lageometría de adsorción de las (bio)moléculas a la superficie, el grado de permeación, el control de la cargasuperficial y de las interacciones electrostáticas, junto con el minucioso análisis del equilibrio ácido base delas especies iónicas adsorbidas, establecer las condiciones óptimas para el desarrollo de estos sensores.Este conocimiento es esencial para la mayoría de las aplicaciones, en particular para el diseño racional debio y nanodispositivos basados en mediciones impedimétricas.REFERENCIAS1. D. Fattakhova-Rohlfing, A. Zaleska, T. Bein, Chem. Rev. 114 (2014) 9487.2. W.A. Marmisolle, D.A. Capdevila, E. de la Llave, F.J. Williams, D.H. Murgida, Langmuir 29 (2013)