This research is directed towards developing a more sensitive and rapid electrochemical sensor for enzyme labeled immunoassays by coupling redox cycling at interdigitated electrode arrays (IDA) with the enzyme label b-galactosidase. Coplanar and comb IDA electrodes with a 2.4 mm gap were fabricated and their redox cycling currents were measured. ANSYS was used to model steady state currents for electrodes with different geometries. Comb IDA electrodes enhanced the signal about 3 times more than the coplanar IDAs, which agreed with the results of the simulation. Magnetic microbead-based enzyme assay, as a typical example of biochemical detection, was done using the comb and coplanar IDAs. The enzymes could be placed close to the sensing electrodes (~10 mm for the comb IDAs) and detection took less than 1 min with a limit of detection of 70 amole of b-galactosidase. We conclude that faster and more sensitive assays can be achieved with the comb IDA. A paramagnetic bead assay has also been demonstrated for detection of bacteriophage MS2, used as a simulant for biothreat viruses, such as small pox. The immunoassay was carried out in a microfluidic format with the IDA, reference and counter electrodes integrated on the same chip. Detection of 90 ng/mL MS2 or 1.5x1010 MS2 particles/mL was demonstrated.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose de Ribamar Martins Neto.pdf: 683212 bytes, checksum: dd95cedfe01600e58259c96b38a5f571 (MD5) Previous issue date: 2010-01-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents an analytical study on determination of 4-aminophenol (4-APh) with a system based on molecurlaly imprinted polymer (MIP) and iron protoporphyrin IX as biomimetic sensor of the peroxidase enzyme. The MIP synthesis was performed by the precipitation method and the analytical determinations by amperometric measurements with a glassy carbon electrode modified with the biomimetic system. The best analytical conditions established for 4-APh determination were: applied potential of -0.1 V vs. Ag/Agl, 0.05 mol L-1 Tris buffer solution, pH 7 and hydrogen peroxide concentration of 100 μmol L-1. Under such optimized conditions, a good linear sensor response was observed in a concentration range from 10 to 90 μmol L-1 (r>0.998), with detection and quantification limits of 3 and 10 μmol L-1, respectively. Experiments performed with tap and river water samples spiked with 4-APh resulted in 93 to 112 % recovery values, suggesting the viability of using the MIP/iron protoporphyrin IX system as biomimetic sensor for determinations of 4-APh in real samples. / O presente trabalho apresenta um estudo analítico da determinação de 4-aminofenol com um sistema a base de um polímero de impressão molecular (MIP, do inglês Molecularly Imprinted Polymer) e protoporfirina IX de ferro como sensor biomimético da enzima peroxidase. A síntese do MIP foi realizada pelo método de precipitação e as determinações analíticas realizadas amperometricamente com um eletrodo de carbono vítreo modificado com o sistema biomimético. As melhores condições analíticas estabelecidas para a determinação de 4-aminofenol foram: potencial aplicado de - 0,1V vs Ag/AgCl, tampão Tris 0,05 mol L-1, pH 7,0 e concentração de peróxido de 100 μmol L-1. Sob tais condições, uma boa resposta linear do sensor foi observada numa faixa de concentração de 10 a 90 μmol L-1 (r>0,9978), com limites de detecção e de quantificação de 3 e de 10 μmol L-1, respectivamente Experimentos realizados com amostras de águas de torneira e de rio fortificadas com 4-aminofenol, resultaram em valores de recuperação entre 93 a 112 %, indicando a viabilidade da aplicação do sistema MIP/proptoporfirina IX de ferro como sensor amperométrico para a detecção de 4-aminofenol em amostras reais.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O câncer do ovário é um tipo de câncer ginecológico que se origina nos órgãos reprodutores femininos. Geralmente o diagnóstico é realizado tardiamente, quando a doença já está em um estágio avançado, e que reflete na alta taxa de mortalidade. É uma doença silenciosa, assim como a Hepatite B, doença causada pelo vírus da hepatite B (VHB), altamente infecciosa e de difícil tratamento devido à inflamação no fígado. Realizar o diagnóstico precoce e o monitoramento é de extrema importância uma vez que ambas as doenças levam à morte inúmeras pessoas anualmente. Contudo, os diagnósticos tradicionais são caros, demorados e não confirmativos, e, portanto, o desenvolvimento de novas estratégias de detecção e monitoramento é interesse para a Saúde Pública. Uma das melhores alternativas são os biossensores, que são sensores químicos cujo sistema de reconhecimento é dotado de biomoléculas que realizam reações bioquímicas. Apresentam vantagens sobre os métodos existentes, como o baixo custo, elevada seletividade e sensibilidade, detecção em tempo real e resposta rápida. Avaliando a gravidade dos casos de cânceres de ovários e as altas taxas de infecção da hepatite B, este trabalho teve como objetivo desenvolver dois biossensores eletroquímicos com características únicas e inovadoras. Para a detecção do CA 125 (antígeno carboidrato 125), marcador tumoral usado no diagnóstico e monitoramento do câncer de ovário, foi construído um imunossensor eletroquímico empregando eletrodos screen-printed funcionalizados com o poli (3-hidroxifenilacético) e solução de ferrocianeto de potássio. O sensor demonstrou ser uma plataforma versátil, com alta seletividade e interessante para diagnóstico e monitoramento do câncer. Para a análise de Hepatite B foi construído um genossensor tendo como plataforma eletrodos de grafite funcionalizados com poli (4-aminofenol) e brometo de etídio como indicador eletroquímico de hibridização. A plataforma desenvolvida teve características únicas e inovadoras, apresentando vantagens inerentes à sua aplicabilidade em amostras de plasma, importante no diagnóstico precoce da doença. / The ovarian cancer is a gynecologic cancer that originates in the female reproductive organs. Usually the diagnosis is made late, when the disease is already at an advanced stage, which reflects in the high rate of mortality. It is a silent disease, such as hepatitis B disease caused by hepatitis B virus (HBV), highly infectious and difficult to treat due to liver inflammation. Perform early diagnosis and monitoring is extremely important since both diseases lead to death numerous people annually. However, traditional diagnostic tests are expensive, time consuming and not confirmatory, and therefore the development of new detection and monitoring strategies is relevant to public health. One of the best alternatives are biosensors, chemical sensors which are recognition system is provided with biomolecules performing biochemical reactions. They have advantages over existing methods, such as low cost, high selectivity and sensitivity, real-time detection and immediate response. Assessing the severity of cases of ovarian cancer and high rates of hepatitis B infection, this study aimed to develop two electrochemical biosensors with unique and innovative features. To CA125 (carbohydrate antigen 125) detection, tumor marker used in the diagnosis and monitoring of ovarian cancer, was built an electrochemical immunosensor employing screen-printed electrodes functionalized with poly (3-hydroxyphenylacetic) and potassium ferrocyanide solution. The sensor has proven to be a versatile platform with high selectivity, interesting for diagnosis and monitoring of cancer. For the analysis of hepatitis B was built a genosensor using graphite electrodes functionalized with poly (4-aminophenol) as platform and ethidium bromide as electrochemical indicator of hybridization. The developed platform has unique and innovative features with advantages inherent to its applicability in plasma samples, important in the early diagnosis of the disease. / Tese (Doutorado)