OLIVIA CARR 

 

 

 

 

 

 

 

DESENVOLVIMENTO DE ENSAIOS DE AFINIDADE BASEADOS EM ELETROQUÍMICA 

QUÂNTICA PARA TRIAGEM DE PRODUTOS NATURAIS 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Relatório de Pós-doutorado realizado 

na Universidade Estadual Paulista 

(UNESP), Instituto de Química, 

Araraquara. 

 

Supervisor(a): Prof. Dr. Paulo Roberto 

Bueno 

 

 

 

 

 

 

Araraquara 

2025 

  



 Resumo: Este projeto propôs o desenvolvimento de uma plataforma microfabricada, 

com o objetivo de acelerar o processo de descoberta de novos fármacos. A plataforma 

será baseada em ensaios de afinidade, utilizando chips microfabricados que permitirão 

a detecção rápida e sensível de interações moleculares. A tecnologia de eletroquímica 

quântica foi empregada como método de transdução, proporcionando maior precisão e 

sensibilidade nas medidas. Essa nova plataforma tem o potencial de revolucionar a 

indústria farmacêutica, oferecendo uma ferramenta acessível e eficiente para a 

identificação de novas moléculas com potencial terapêutico. 

 Introdução  

Nos últimos 20 anos, o rastreamento de alto rendimento (HTS) tornou-se uma parte 

integral do processo de descoberta de novas drogas na indústria farmacêutica e 

biotecnológica, atuando como uma fonte importante de novas drogas [1]. A geração de 

novos leads como ponto de partida para o desenvolvimento de medicamentos é uma 

etapa crítica na descoberta de medicamentos farmacêuticos. O HTS e os processos 

associados evoluíram rapidamente nos últimos anos testando grandes bibliotecas de 

compostos em atividade contra um alvo de interesse em testes bioquímicos in vitro 

usando proteínas recombinantes ou ensaios celulares. Recentemente, as tecnologias 

tradicionais de leitura de ensaios funcionais estão sendo complementadas por métodos 

biofísicos que medem diretamente a interação física (afinidade) entre um composto de 

baixo peso molecular e uma proteína-alvo [2]. 

A abordagem proposta envolve o emprego de eletroquímica quântica em interfaces que 

operam com um sinal transdutor baseado nas características quânticas controladas 

utilizando materiais 1D e 2D de alta qualidade. Estes materiais podem ser ainda 

modificados com moléculas para validar as suas interações com uma gama de alvos 

(biomarcadores) com potencial valor terapêutico. 

Os princípios de operação da plataforma a ser desenvolvida nesse projeto foram 

baseados nos fundamentos da teoria do quantum rate, que vem sendo bastante 

explorada pelo grupo Nanobionics. Brevemente, a troca de corrente elétrica intrínseca 

(ressonante) entre os locais eletroquímicos acessíveis e o eletrodo é revelada 

considerando-se conjuntos resistivos-capacitivos quânticos (uma coleção de contatos 



quânticos individuais paralelos) de tal forma que a taxa de transferência de elétrons, que 

governa a taxa de reações eletroquímicas, é dado por 𝜈=𝐺/𝐶𝑞, em que 𝐶𝑞 é a 

capacitância quântica e 𝐺 é a condutância associada ao quantum de condutância 2𝑒2/ℎ 

[3,4,5]. Com este projeto, desenvolvemos uma plataforma baseada em eletroquímica 

quântica que permitirá realizar ensaios de afinidade com maior precisão e sensibilidade.  

Metodologia  

Neste trabalho, foram utilizados eletrodos de ouro microfabricados sobre substrato de 

silício com 90 nm de óxido de silício, produzidos no Laboratório Nacional de 

Nanotecnologia (LNNano) situado no CNPEM. Os eletrodos foram obtidos por deposição 

de 15 nm de Titânio e 120 nm de Ouro por sputtering, visando promover a adesão do 

ouro ao substrato de silício e formar contatos elétricos confiáveis. 

Os eletrodos foram submetidos a um rigoroso processo de limpeza, que incluiu: imersão 

em ultrassom em acetona, isopropanol e água ultrapura por 12 minutos cada; para 

remover contaminantes adsorvidos na superfície do eletrodo foi realizado 10 ciclos de 

voltametria cíclica entre -1,3 V a -0,7 V em solução de NaOH (0,5 M) e 10 ciclos de 

voltametria cíclica entre 0,2 V a 1,5 V em solução de H₂SO₄ (0,5 M). 

A superfície do eletrodo de ouro microfabricada pré-tratada foi imersa em uma solução 

contendo 2 mM de peptídeo marcado com ferrocenocarboxilico (Fc) em H2O/CH3CN 

(1:1, v/v) por 16 horas.  

A caracterização da monocamada automontada de peptídeo foi realizada através de 

medidas de impedância e de voltametria cíclica para confirmar que a superfície está 

apropriada para receber um receptor. A voltametria ciclica foi realizada na faixa de 0 a 

0,7 V em três ciclos a uma taxa de varredura de 100 mV s-1 para obter o potencial formal 

EF/e, que corresponde à média dos potenciais de pico de oxidação e redução 

(Vox+Vred/2), respectivamente. As análises de impedância serão realizadas em uma faixa 

de frequência de 0,01 a 105 Hz (60 frequências dispostas logaritmicamente), amplitude 

pico a pico de 10 mV, 0,125s de tempo máximo de integração e um ciclo como número 

mínimo de ciclos para integração. O meio eletrolítico usado para essas medições foi 20 

mM TBAClO4 em ACN/H2O (1:4 v/v). 

Resultados 



Nesta primeira etapa, realizamos a transferência do protocolo de limpeza de eletrodos 

de ouro comerciais para eletrodos de ouro microfabricados, com o objetivo de otimizar 

a superfície para a imobilização da monocamada de peptídeos. Os eletrodos 

microfabricados, compostos por uma camada de ouro depositada sobre um substrato 

de silício, foram submetidos a um rigoroso processo de limpeza. O resultado obtido é 

apresentado na Figura 1, indica que a superfície dos eletrodos microfabricados após o 

tratamento de limpeza apresenta características semelhantes às dos eletrodos 

comerciais, tornando-os adequados para a imobilização dos peptídeos [6]. 

 

Figura 1: Voltamograma em H2SO4 (0,5 M) obtido no processo de limpeza eletroquímica do eletrodo de 

ouro microfabricado. 

 

A área geométrica do eletrodo foi determinada em 0,0225 cm², enquanto a área 

eletroativa, obtida por meio de técnicas eletroquímicas, foi de 0,032 ± 0,003 cm². O fator 

de rugosidade médio, calculado a partir da razão entre as áreas eletroativa e geométrica, 

foi de 1,39 ± 0,14. Esse valor encontra-se dentro da faixa ideal (1,2 - 1,8) reportada na 

literatura para a formação de monocamadas de peptídeos, indicando que a superfície 

do eletrodo possui a rugosidade adequada para a imobilização de biomoléculas [6].  

Confirmando os parâmetros otimizados na literatura, foi possível imobilizar uma 

monocamada de peptídeos com concentração de 2 mM sobre a superfície do eletrodo 

de ouro. A caracterização eletroquímica, por meio de voltametria cíclica e 

espectroscopia de impedância, revelou um potencial formal de 0,362 ± 0,001 V e uma 

capacitância quântica de 232 ± 9 µF/cm², respectivamente (Figura 2). Esses resultados 

são consistentes com a formação de uma monocamada organizada e estável sobre a 



superfície do eletrodo. A reprodutibilidade desses resultados demonstra a eficácia do 

protocolo de imobilização e a adequação da superfície do eletrodo para aplicações em 

biossensores. 

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-15

-10

-5

0

5

10

15

J
 /

 
A

 c
m

-2

Potencial / V vs. Ag|AgCl

(a)

 

0 50 100 150 200 250
0

50

100

150

200

250

C
'' 

/ 


F
 c

m
-2

C' / F cm
-2

(b)

 

Figura 2: a) Voltamograma cíclicos registrado da monocamada automontada de peptídeos marcados com 

sonda redox. Essas medições foram feitas em solução de 20 mM TBAClO4 1:4 ACN/H2O. b) Diagrama de 

Nyquist capacitivos obtidos no potencial formal EF/e. 

 

Conclusão 

Os resultados obtidos neste estudo demonstram a viabilidade da utilização de eletrodos 

de ouro microfabricados para a imobilização da monocamada automontada de 

peptídeo. Os dados de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância indicam a 

formação de monocamadas de peptídeos bem organizadas e estáveis sobre a superfície 

do eletrodo. Com base nesses resultados promissores, pretende-se expandir este estudo 

para a imobilização de moléculas de DNA, seguindo os protocolos de limpeza otimizados 

neste trabalho. Os resultados preliminares obtidos com eletrodos comerciais, descritos 

em [7], serão utilizados como referência para a validação dessa nova plataforma 

microfabricada. 

  



 

Referência 

[1] Hughes, J. P., Rees, S., Kalindjian, S. B. & Philpott, K. L. Principles of early drug 

discovery. Br J Pharmacol, 162, 1239-1249, doi:10.1111/j.1476-5381.2010.01127.x 

(2011). 

[2] Bergsdorf, C. & Ottl, J. Affinity-based screening techniques: Their impact and benefit 

to increase the number of high quality leads. Expert opinion on drug discovery, 5, 1095-

1107, doi:10.1517/17460441.2010.524641 (2010). 

[3] Bueno, P. R. Quantum Rate Theory and Electron-Transfer Dynamics: A Theoretical and 

Experimental Approach for Quantum Electrochemistry. arXiv preprint arXiv:2305.18359 

(2023). 

[4] Bueno, P. R. & Miranda Mercado, D. A. Quantum Rate Theory for Graphene. The 

Journal of Physical Chemistry C, 126, 15374-15385, doi:10.1021/acs.jpcc.2c02419 

(2022). 

[5] Alarcón, E. V. G., Santos, A. & Bueno, P. R. Perspective on quantum electrochemistry. 

A simple method for measuring the electron transfer rate constant. Electrochimica, 

Electrochimica Acta, 398, 139219, (2021) 

[6] Garrote, B.L., Santos, A. & Bueno, P.R. Label-free capacitive assaying of biomarkers 

for molecular diagnostics. Nat Protoc 15, 3879–3893 (2020) 

[7] Carr, O., Pinzón, E. F., Santos, A., Faria, R. C., Bueno, P. R., Attomolar sensitivity of a 

redox capacitive and DNA-receptive interface attained by quantum-rate signal 

amplification concept, Biosensors and Bioelectronics, 270, 116910, (2025).