Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Interacciones entre microorganismos y materiales conductores para aplicaciones en tecnologías del ambiente : celdas de combustible y sensores a base de biomasa microbiana |
| Título alternativo: | Interactions between microorganisms and conductive materials for applications in environmental technologies : fuel cells and sensors based on microbial biomass |
| Autor: | Lazzarini Behrmann, Irene Constanza |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Filiación: | Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias. Área Química
|
| Publicación en la Web: | 2023-11-09 |
| Fecha de defensa: | 2023-08-16 |
| Fecha en portada: | 16 de agosto 2023 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica |
| Director: | Vullo, Diana L. |
| Director Asistente: | Ramírez, Silvana A. |
| Consejero: | Zorreguieta, Ángeles |
| Jurado: | Curutchet, Gustavo Andrés; Busalmen, Juan Pablo; Ruzal, Sandra Mónica |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | PSEUDOMONAS SP.; BIOPELICULA; ELECTRODO DE PASTA DE CARBONO MODIFICADOS; PAPEL TORAY; FIELTRO DE CARBONO; P-BENZOQUINONA; NQ-LPEI; ALGINATO DE CALCIOPSEUDOMONAS SP.; BIOFILM; MODIFIED CARBON PASTE ELECTRODE; TORAY PAPER; CARBON FELT; P-BENZOQUINONE; NQ-LPEI; CALCIUM ALGINATE |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7417_LazzariniBehrmann |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7417_LazzariniBehrmann.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7417_LazzariniBehrmann |
| Ubicación: | Dep.QUI 007417 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Lazzarini Behrmann, Irene Constanza. (2023). Interacciones entre microorganismos y materiales conductores para aplicaciones en tecnologías del ambiente : celdas de combustible y sensores a base de biomasa microbiana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7417_LazzariniBehrmann |
Resumen:
El avance de la industrialización, junto con el consumo de productos procesados puede provocar la contaminación de recursos naturales como los cursos de agua. Constatar su calidad requiere de técnicas analíticas que en su mayoría son costosas. Por ello, una alternativa es el desarrollo de nuevos dispositivos económicos, de fácil uso y transportables a campo. Asimismo, estudios previos mostraron que Pseudomonas veronii 2E (actualmente reclasificada como Pseudomonas extremaustralis 2E-UNGS, microorganismo autóctono aislado del Río Reconquista, AMBA, Argentina), es capaz de formar biopelículas sobre diversas superficies, biosorber metales de relevancia ambiental como Cd(II) y Cu(II) y, además, biotransformar Cr(VI). A partir de estas características el objetivo del presente trabajo fue estudiar la aplicabilidad de este microorganismo, inmovilizado por distintas estrategias, para la detección de metales de relevancia ambiental utilizando técnicas electroquímicas. Primeramente, se evaluó la formación de biopelículas desarrolladas sobre diferentes perfiles de superficies conductoras como barras de grafito comerciales y barras de soldadura, cuantificando a través de la tinción con Cristal Violeta y estudiando el comportamiento electroquímico por Voltamperometría Cíclica (VC). Encontrando los mejores resultados para las barras de soldadura. Aprovechando las propiedades biosortivas de este microorganismo se desarrolló un sistema para la detección de Cd(II) y Cu(II) inmovilizando a la bacteria en Electrodos de Pasta de Carbono modificados. Se obtuvieron los mejores resultados con una mezcla de biomasa/aceite/grafito (10-30-60 % respectivamente), caracterizando la respuesta electroquímica por VC y Espectroscopía de Impedancia Electroquímica. Luego de exponer 5 minutos a soluciones de Cd(II) a pH 7,5; 32°C y Cu(II) a pH 5,5 a temperatura ambiente, se evaluó la presencia del metal retenido por Voltamperometría de Onda Cuadrada, preconcentrando a -1,2 V durante 60 segundos en NaNO3 0,1 M y HNO3 0,003 M para Cd(II) y Cu(II) respectivamente. Además, se reutilizó la superficie de los electrodos exponiéndolos a MES 0,5 M, pH 5,5 durante 5 minutos para el Cd(II) y a HNO3 1,5 M durante 30 segundos para el Cu(II). Se evaluó para ambos casos la respuesta electroquímica para soluciones de Cd(II) entre 1 – 25 μM y de Cu(II) soluciones 1 – 50 μM, encontrando en ambos casos una región lineal. Por otro lado, aprovechando la biotransformación de Cr(VI) se evaluó la respuesta electroquímica por VC en presencia de éste para el microorganismo inmovilizado por secado en Papel Toray y en alginato de calcio sobre Papel Toray o Fieltro de Carbono. Como mediadores redox se estudiaron p-benzoquinona y un polímero lineal de naftoquinonas (NQ-LPEI). Se evaluaron las respuestas electroquímicas ante concentraciones de Cr(VI) en el rango 1 – 50 mg L-1, encontrando un mejor desempeño para el sistema de Fieltro de Carbono–alginato de calcio con NQ-LPEI como mediador, el cual se utilizó en el armado de una Celda de Combustible Microbiana. Esta posibilitó, simultáneamente, detectar Cr(VI) y producir corriente. Las interacciones de este microorganismo con metales permitieron el desarrollo de biosensores para su potencial aplicación en matrices ambientales.
Abstract:
Water pollution could be a consequence of the industrialization advance together with the consumption of processed food. Analytical techniques are required to ensure quality standards, but most of them are expensive. An alternative is the development of new, cheaper and user- friendly devices for monitoring and sensing. Pseudomonas veronii 2E (reclassified as Pseudomonas extremaustralis 2E-UNGS is an autochthonous bacterium isolated from Reconquista River, AMBA, Argentina). In previous studies, this microorganism showed biofilm development ability in different surfaces, Cd(II) and Cu(II) biosorption and Cr(VI) biotransformation, as well. Based on these properties, the aim of this work was to study the applicability of this bacterium immobilized by different strategies for the detection of environmentally relevant metals using electrochemical techniques. First, the formation of biofilms developed on different conductive surfaces such as commercial graphite rods and welding rods was evaluated, quantifying through Crystal Violet staining and studying the electrochemical behaviour by Cyclic Voltammetry. Best result were obtained with welding rods. Biosorption properties of this microorganism allowed the development of Cd(II) and Cu(II) detection by its immobilization in modified Carbon Paste Electrode. The best results were obtained with a mixture of biomass/oil/graphite (10-30-60 %) characterizing the electrochemical response by Cycle Voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. After exposing 5 minutes to Cd(II) solutions at pH 7.5, 32 °C and Cu(II) solutions at pH 5.5 at room temperature, the presence of retained metal was evaluated by Stripping. The preconcentration was performed at -1.2 V for 60 seconds in 0.1 M NaNO3 and 0.003 M HNO3 for Cd(II) and Cu(II) respectively. Moreover, the electrode surface was regenerated by exposing them to MES 0.5 M, pH 5.5 for 5 minutes for Cd(II) and to HNO3 1.5 M for 30 seconds for Cu(II). The electrochemical response was evaluated for Cd(II) solutions between 1 – 25 μM and for Cu(II) solutions between 1 – 50 μM, finding the linear region in both cases. In addition, taking advantage of Cr(VI) biotransformation, the electrochemical response was evaluated by Cyclic Voltammetry in the presence of this bacteria, immobilized by drying on Toray Paper and in calcium alginate on Toray Paper or Carbon Felt. As redox mediators, p-benzoquinone and a linear polymer of naphthoquinones (NQ-LPEI) were studied. The electrochemical responses to Cr(VI) concentrations in the range 1 – 50 mg L-1 were evaluated, finding a better performance for the Carbon Felt–calcium alginate system with NQ-LPEI as mediator, which was used in the assembly of a Microbial Fuel Cell as a self-powered Cr(VI) biosensor. The interactions of this microorganism with metals allowed the development of biosensors for their potential application in environmental matrices.
Citación:
---------- APA ----------
Lazzarini Behrmann, Irene Constanza. (2023). Interacciones entre microorganismos y materiales conductores para aplicaciones en tecnologías del ambiente : celdas de combustible y sensores a base de biomasa microbiana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7417_LazzariniBehrmann
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Lazzarini Behrmann, Irene Constanza. "Interacciones entre microorganismos y materiales conductores para aplicaciones en tecnologías del ambiente : celdas de combustible y sensores a base de biomasa microbiana". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2023.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7417_LazzariniBehrmann
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