INTERAÇÃO DE MOLÉCULAS AROMÁTICAS EM GRAFENO PURO E FUNCIONALIZADO VIA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Santa Maria, RS 2017

Autor: Tonel, Mariana Zancan
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional Universidade FranciscanaUniversidade FranciscanaUFN.
Druh dokumentu: doctoralThesis
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Graphene is a nanomaterial that has several applications including drug delivery and pollutant remover. However, graphene is hydrophobic, which makes it difficult to apply in biological media, and one of the alternatives is through functionalization. At the same time, aromatic molecules are precursors of several essential compounds for life, and are also important in industry. However, some of them are pollutants that can severely affect people and the environment, so developing effective removal methods is extremely interesting. Some molecules of biological interest like dopamine and serotonin have an aromatic part, recent studies show the use of these molecules as mediators for specific and selective drug delivery. Therefore, the study of the interaction of these molecules as pure and modified graphene is of great importance in the biomedical area as well as for diagnostic and treatment studies. In this work, we perform a theoretical study through the density functional theory; initially we analyze the changes caused by the effect of the concentration of the functional groups -COOH, -COH, -OH, -O- or -NH2 on graphene. The results show that in all cases it is possible to modulate the electronic properties depending on the number and location of the groups. Subsequently, we analyzed the graphene pure and functionalized with a group -COOH, -COH, -OH, -O- or -NH2, with the molecules of biological interest as dopamine, serotonin and the pollutants: benzene, aniline, benzoic acid and phenol. The results show that all interactions occur under a physical adsorption regime, there are no changes in the original geometric structures of the molecules after adsorption, it may be of interest to create possible routes as mediators for the delivery of drugs and to assist in the treatment of various diseases or in a system of removal of pollutants based on pristine and modified graphene. Finally, we developed a method to parameterize the benzene-benzene and benzene-graphene force field through the data obtained from the ab initio calculations, the results obtained agree with studies described in the literature. Thus, this work presents the understanding through the simulation of the biomedical part for drug delivery systems, and removal of pollutants, in addition to the parameterization to be used in simulations of the biological environment which may aid in the development of future experimental studies.
O grafeno é um nanomaterial que possui diversas aplicações tecnológicas entre elas como carreador de fármacos e removedor de poluentes. No entanto, o grafeno é hidrofóbico, o que dificulta sua aplicação em meios biológicos, sendo que uma das alternativas para controlar este problema é através de funcionalizações. Paralelamente, moléculas aromáticas são precursoras de diversos compostos imprescindíveis para a vida, e também são importantes na indústria. No entanto, algumas delas são poluentes que podem afetar severamente as pessoas e o meio ambiente. Assim, o desenvolvimento de métodos efetivos para remoção desses é extremante importante. Algumas moléculas de interesse biológico como a dopamina e serotonina apresentam parte aromática. Estudos recentes têm mostrado a utilização dessas moléculas como mediadoras para entrega de fármacos específica e seletiva. Portanto, o estudo dessas moléculas visando este tipo de aplicação é de grande importância na área biomédica. Realizamos um estudo teórico através da Teoria do Funcional da Densidade. Inicialmente, analisamos as alterações causadas pelo efeito da concentração de grupos funcionais -COOH, -COH, -OH, -O- ou -NH2 no grafeno. Os resultados mostram que em todos os casos é possível modular as propriedades eletrônicas dependendo do número e do local dos grupos. Posteriormente, analisamos o grafeno puro e funcionalizado com um grupo –COOH, -COH, -OH, –O- ou -NH2, com as moléculas de interesse biológico dopamina, serotonina e os poluentes benzeno, anilina, ácido benzóico e fenol. Os resultados mostram que todas as interações ocorrem sob um regime de adsorção física, sem alterações nas estruturas geométricas originais das moléculas após adsorção. Esses resultados são de interesse para criar possíveis rotas como mediadores para a entrega de fármacos e auxiliar no tratamento de várias doenças ou ainda em um sistema de remoção de poluentes baseados no grafeno puro e modificado. E, por fim, desenvolvemos um novo método para parametrizar campo de força do benzeno-benzeno e benzeno-grafeno através dos dados obtidos dos cálculos ab initio. Os resultados obtidos concordam com estudos descritos na literatura. Dessa forma, este trabalho apresenta a compreensão através da simulação da parte biomédica para sistemas de drug delivery, e remoção de poluentes, além da parametrização para ser usado em simulações do meio biológico o que poderá auxiliar no desenvolvimento de estudos experimentais futuros.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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