COMPUTATIONAL DESIGN OF CHEMICAL SENSORS: from molecules to molecularly imprinted polymers
Sensor eletroquímico. MIPs. Sonda espectroscópica. Design computacional. Ciprofloxacina.
De maneira ampla, os métodos computacionais podem ser empregados em diversas etapas do desenvolvimento de diferentes tipos sensores químicos. O uso de ferramentas teóricas pode acelerar drasticamente o processo de desenvolvimento de novos sensores, além de auxiliar na obtenção de um produto final mais resistente, barato e seletivo. Esta tese discute o emprego de diferentes métodos de química computacional no design de sensores químicos. A primeira abordagem trata do estudo de sensores eletroquímicos. Inicialmente, o método de teoria do funcional da densidade (DFT) foi empregado para realizar o design de um polímero molecularmente impresso (PIM) para detecção da droga de abuso MDMA. O referido método teórico foi utilizado para simular diversas etapas da síntese de um PIM, além de testes de seletividade. O conjunto de análises computacionais obtidos constitui um protocolo muito útil para predizer as condições experimentais ótimas, economizando tempo e recursos financeiros no processo. Ainda na abordagem dos sensores eletroquímicos, foi desenvolvido um sensor eletroquímico baseado na mesma tecnologia de MIP, para detecção de progesterona e 17-β Estradiol. O material desenvolvido respondeu às concentrações dos analitos nas faixas de 10 a 50 µM, além de possuir resposta em faixa de corrente única, o que melhora a seletividade do material. A segunda abordagem de sensor químico tratada nesta tese foram as sondas espectroscópicas. Nesta parte, foram empregados tanto métodos computacionais baseados na mecânica clássica, como a dinâmica molecular (DM) quanto métodos quânticos como o DFT, para explorar as propriedades fotoquímicas e espectroscópicas da molécula de ciprofloxacina. A partir dos cálculos realizados, foi possível observar as mudanças que podem ocorrer nos espectros de UV-Vis, de Fluorescência e de RMN de Flúor19 do agente antibacteriano quando este interage com a enzima topoisomerase-II beta humana. Tais resultados indicam uma possibilidade de uso da ciprofloxacina como sonda espectroscópica para detecção de câncer, uma vez que esta enzima está relacionada à doença. A partir de todos os testes realizados, é possível concluir que os métodos computacionais são capazes de predizer muitas propriedades e comportamentos que podem ser úteis no design de sensores químicos. A manipulação de moléculas e sistemas de forma teórica pode auxiliar na obtenção de informações cruciais, que muitas vezes não podem ser obtidas de forma experimental. Além disso, é possível concluir também que os sensores químicos constituem uma tecnologia extremamente útil e versátil, podendo ser desenvolvidos para diversas finalidades.