CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O presente trabalho ilustra o desenvolvimento de uma rota sintÃtica para a obtenÃÃo de uma meso-metaloporfirina, a partir de uma meso-porfirina base livre, macromolÃcula derivada do LÃquido da Casca da Castanha de Caju (LCC), subproduto do agronegÃcio do caju. A obtenÃÃo dessas espÃcies seguida de estudos preliminares da modificaÃÃo da superfÃcie do eletrodo de ouro com a meso-metaloporfirina de cobre com aplicaÃÃo para sensor de NO (Ãxido NÃtrico) tambÃm compÃe os objetivos desse trabalho. A partir do processo de metalaÃÃo,foi sintetizada uma meso-metaloporfirina utilizando Cu (II) como centro metÃlico, a partir da macromolÃcula base livre, e testes voltamÃtricos foram realizados utilizando o eletrodo de ouro, em meio de diclorometano e PTBA 0,1 mol L-1, obtido a 100 mV s-1.Estudos foram realizados a cerca do comportamento eletroquÃmico dos filmes formados em presenÃa de NO em meio aquoso de Na2SO4 0,5 mol L-1 obtendo o voltamograma cÃclico para o eletrodo de ouro modificado com a porfirina de cobre(II) na detecÃÃo de NO e foi observado no voltamograma para NO sobre uma intensidade de corrente 7,6 vezes maior comparada à do pico observado para o mesmo processo do NO na superfÃcie de ouro nÃo modificado demonstrando elevado potencial para aplicaÃÃo como sensor eletroquÃmico. Outra metodologia eletroanalÃtica foi desenvolvida para a obtenÃÃo de um biossensor, baseado em uma enzima, glutationa-S-transferase (GST), para determinaÃÃo do pesticida molinato, um herbicida prÃ-emergente, em amostras reais de Ãgua de campos de arrozais da cidade do Porto, em Portugal. A construÃÃo deste biossensor baseou-se a imobilizaÃÃo de GST em um eletrodo de carbono vÃtreo (GCE), atravÃs da ligaÃÃo covalente glutaraldeÃdo-amino-silano (APTES/GA). O princÃpio deste biossensor consistiu no processo de inibiÃÃo da GST promovida pelo molinato. A curva de calibraÃÃo foi obtida por meio da tÃcnica de voltametria de pulso diferencial (VPD) variando a concentraÃÃo do pesticida entre 1,01x10-6 â 4,20x10-5 mol L-1 apresentando um limite de detecÃÃo (LD) de 0,064 mg L-1. O biossensor baseado na GST foi aplicado para quantificar o molinato nas amostras de Ãgua das lavouras de arrozais. Os resultados obtidos com este biossensor foram comparados com aqueles obtidos por HPLC e nÃo houve diferenÃas estatisticamente significativas comprovando, entÃo, que a metodologia desenvolvida foi precisa no nÃvel de concentraÃÃo estudada. / This study illustrates the development of synthetic route will be obtaining meso-metalloporphyrin, from porphyrin meso-free base macromolecule derived from Shell Liquid Cashew Nut (CNSL), byproduct of cashew agribusiness. Obtaining these species followed by preliminary studies of surface modification of gold electrode with copper meso-metalloporphyrin with application to sensor of NO (Nitric Oxide) also composed the objectives of this work. From metalation process, was synthesized by meso-metalloporphyrin using Cu (II) the a metal to center, from the macromolecule free base, and voltametric tests were carried out using the gold electrode in the middle of dichloromethane and TBAP 0,1 mol L-1, obtained at 100 mV s-1. Studies have been conducted about the electrochemical behavior of the films formed in the presence of NO in aqueous Na2SO4 0,5 mol L-1 the cyclic voltammogram obtained will be the gold electrode modified with porphyrin to copper (II) the detection of NO and voltammogram was observed in about one NO to current intensity 7,6 times larger compared to the peak observed for the same process of NO in unmodified gold surface showing high potential for application as an electrochemical sensor. Electroanalytical another methodology was developed will be obtaining the biosensor, based on an enzyme, glutathione-S-transferase (GST), will be determining the pesticide molinate, the real daily pre-emergent herbicide in samples of to water of paddy fields City Porto, in Portugal. The construction of this biosensor was based on the immobilization of GST in glassy carbon electrode (GCE) by covalent glutaraldehyde-amino-silane (APTES/GA). The principle of this biosensor consisted of the process promoted by inhibition of GST molinate. The calibration curve was obtained by the technique of differential pulse voltammetry (DPV) varying the concentration of the pesticide between 1,01 x10-6 to 4,20 x10-5 mol L-1 having a limit of detection (DL) of 0,064 mg L-1. The biosensor based on GST was applied to quantify the molinate in water samples of paddy crop. The results obtained with this biosensor were compared with those obtained by HPLC and no statistically significant differences proving therefore that the developed methodology has been studied in terms of concentration.

Os biossensores são dispositivos empregados para a detecção de um analito específico, podendo assim ser no controle de qualidade nos alimentos para determinar a presença de micro-organismos, toxinas ou metabólitos. O presente estudo objetiva desenvolver um biossensor condutométrico, baseado na imobilização de peroxidasse em membranas de quitosana e quitosana com nanopartículas de ouro (AuNP) para a detecção de peroxido de hidrogênio. O trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira etapa foi estudada a obtenção de AuNP empregando agentes redutores biológicos, sendo avaliados três monossacarídeos (glicose, frutose e galactose), três dissacarídeos (sacarose, maltose e lactose), dois biopolímeros (amido e quitosana), assim como os extratos obtidos a partir das folhas de hortelã (Mentha piperita) e cascas de furtas de abacaxi (Ananas comosus), banana (Musa sp. ), maracujá (Passiflora edulis), tangerina (Citrus reticulata). A quitosana mostrou-se como o melhor agente redutor na síntese das AuNP, as quais foram empregadas na segunda etapa para a produção de membranas. Três tipos de membranas foram processadas, membranas de quitosana sem AuNP e membranas de quitosana com AuNP com concentrações de 8 e 11mM., as quais foram caraterizadas morfológica e eletricamente. Finalmente foi avaliada a imobilização da peroxidasse usando quatro tratamentos diferentes, sendo a dispersão da peroxidasse nas soluções filmogênicas precursoras das membranas a mais eficiente. A resposta elétrica destas membranas é dependente da concentração de AuNP e da presença de enzimas, e também foi alterada quando as mesmas foram expostas a soluções de tampão fosfato com diferentes concentrações de peroxido de hidrogênio. Isto constitui o principio de operação dos biossensores condutométricos desenvolvidos neste trabalho. / Biosensors are devices used for detecting a specific analyte, and thus can be used in quality control of food for determining the presence of micro-organisms, toxins or metabolites. The present study aims to develop a conductometric biosensor based on the immobilization of peroxidase in membranes of chitosan and chitosan with gold nanoparticles (AuNP) for the detection of hydrogen peroxide. The work was divided into three stages. In the first stage, methods for obtaining AuNP employing biological reducing agents were studied, evaluating three monosaccharides (glucose, fructose and galactose), three disaccharides (sucrose, maltose and lactose), two biopolymers (starch and chitosan), as well as the extracts obtained from the leaves of mint (Mentha piperita) and husks dost thou pineapple (Ananas comosus), banana (Musa sp), passion fruit (Passiflora edulis), mandarin (Citrus reticulata). Chitosan exhibited the best behavior as reducing agent for the synthesis of AuNP, which were employed in the second step for the production of membranes. Three types of membranes were processed, chitosan membranes without AuNP and chitosan membranes with AuNP with concentrations of 8 and 11mM, which were morphologically and electrically characterized. Finally the peroxidase immobilization was evaluated using four different procedures, being the dispersion of the peroxidase in filmogenic solutions precursor of membranes the more efficient. The electrical response of these membranes, depends on the AuNP concentration and the presence of enzymes, and was also altered when they were exposed to hydrogen peroxide containing phosphate buffer solutions. This constitutes the principle of operation of the conductometric biosensor developed in this work.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-20T12:53:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO- VERSÃO FINAL -Biblioteca.pdf: 3304564 bytes, checksum: be295edea976cdf452e4a26cacd96e9e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T12:53:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO- VERSÃO FINAL -Biblioteca.pdf: 3304564 bytes, checksum: be295edea976cdf452e4a26cacd96e9e (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / FACEPE / Com o avanço da nanotecnologia, o uso de nanopartículas (NPs) metálicas, e semicondutoras, no desenvolvimento de biossensores vem aumentando nos últimos anos. Sua utilização vem proporcionando um aumento da área superficial, promovendo uma imobilização mais efetiva de biomoléculas, e espécies eletroativas, a fim de melhorar a sensibilidade de detecção do biossensor. Dentre essas NPs, estão os pontos quânticos (PQs), nanocristais com propriedades ópticas e semicondutoras únicas, as quais podem ser moduladas por seu tamanho. Os PQs podem ser utilizados em plataformas para biossensores eletroquímicos através de sua imobilização como intermediários entre o bioreceptor e a superfície do eletrodo. Nesse contexto, esse trabalho objetivou empregar e avaliar a utilização de PQs de CdTe carboxilados em uma plataforma biossensora eletroquímica baseada em eletrodo de carbono vítreo modificado com polipirrol aminado. Posteriormente, o anticorpo IgG (Imunoglobulina G Humana) foi imobilizado e a plataforma foi aplicada na detecção do anti-IgG. A imobilização dos PQs e do IgG foi avaliada de forma covalente e por adsorção. No primeiro caso, o eletrodo modificado pelo pirrol aminado foi imerso por 24 horas em uma solução contendo 2 mmol L-1 de EDC e 5 mmol L-1 de Sulfo-NHS para a formação de ligações amidas entre os PQs e a superfície modificada. Antes da imobilização do IgG, foram realizados estudos de conjugação em meio homogêneo a partir do ensaio fluorescente em microplaca (EFM). Esse estudo foi realizado a fim de correlacionar a conjugação nos meios homogêneo/heterogêneo e desenvolver um método com fins de aprimorar com maior rapidez a imobilização de biomoléculas na plataforma biossensora. Dessa forma, após o EFM, a superfície modificada por PQs foi avaliada frente a diferentes quantidades de IgG, EDC e Sulfo-NHS, adquiridas através da melhor e pior condição da EFM. A partir do resultado do EFM, foi adotada como melhor condição a do sistema com a maior quantidade de EDC e Sulfo-NHS e menor concentração de IgG, o qual apresentou um aumento relativo da fluorescência de 960%, enquanto que a pior condição foi obtida a partir da menor quantidade de agentes de acoplamento e de IgG, com aumento relativo da fluorescência de 80%. Todas as etapas de modificações do eletrodo foram monitoradas por voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Para o eletrodo de carbono vítreo modificado com polipirrol aminado, as análises eletroquímicas não apresentaram grandes variações em relação ao eletrodo limpo. Já com a imobilização dos PQs de CdTe carboxilados, os resultados indicaram uma redução no processo de transferência de carga, evidenciado através da diminuição e do deslocamento da corrente de pico na região de oxidação da voltametria cíclica, e do aumento do semicírculo apresentado nos dados da impedância eletroquímica. Posteriormente, a voltametria cíclica na presença do anticorpo IgG apresentou também uma diminuição e um deslocamento gradual das correntes de pico catódicas e anódicas, indicando a imobilização dessa biomolécula na superfície do eletrodo. As análises de EIE foram coerentes com as da VC. Foi observada correlação entre as avaliações no eletrodo e na EFM, indicando que a melhor condição no EFM será uma escolha efetiva para a plataforma. Os resultados também indicaram que os PQs e IgGs foram imobilizados preferencialmente de forma covalente. As avaliações preliminares também indicaram que a interface modificada por pirrol aminado e PQs carboxilados foi capaz de detectar anti-IgGs na faixa de ng mL-1, revelando-se como um potencial para ser utilizada na detecção de biomarcadores de diagnóstico. / The use of metallic, and semiconductor, nanoparticles (NPs) for developing biosensors has been expanding in recent years. NPs can provide an increase of the biosensors’ surface area, by promoting a more effective immobilization of biomolecules, as well as electroactive species, in order to improve the sensitivity of these devices. Among these NPs, there are the quantum dots (QDs), nanocrystals with unique optical and semiconductor properties that can be applied in electrochemical biosensors platforms as intermediaries between bioreceptors and the electrode surface. Thus, in this context, this study aimed to evaluate and employ carboxyl-coated CdTe PQs in an electrochemical platform based on a vitreous carbon electrode modified by amino functionalized polypyrrole. Subsequently, the IgG (human immunoglobulin G) antibody was immobilized on the platform that was tested by detecting anti-IgG biomolecules. The QDs, as well as the IgG, immobilization was evaluated by covalent coupling and by adsorption. In the first case, the electrode modified by polypyrrole was immersed, for 24 hours, in a solution containing 2 mmol L-1 of EDC and 5 mmol L-1 of Sulfo-NHS to promote amide bonds between the modified surface and QDs. Before IgG immobilization, conjugation experiments were also performed in homogeneous medium by using the fluorescent microplate assay (FMA). This study was conducted to correlate the conjugations in homogeneous/heterogeneous media in order to develop a method for improving more quickly the biomolecules’ immobilization on the biosensor platform. Thus, after the EFM, the electrode modified by QDs was evaluated by using different amounts of IgG, EDC and Sulfo-NHS, acquired from the best and the worst condition of FMA. From the result of the FMA, it was adopted as the best system that one composed by the greatest amount of EDC and Sulfo-NHS and by the lower concentration of IgG (which had a relative fluorescence increase of 960%), while the worst condition was obtained by the one that used the lower amounts of coupling agents and IgG (with relative increase in the fluorescence of 80%). All stages of the electrode modifications were monitored by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical analysis for the vitreous carbon electrode modified with amino functionalized polypyrrole showed no differences compared to the clean electrode. However, after the immobilization of CdTe carboxylate QDs, the results showed a decrease in the charge transfer process. Subsequently, the cyclic voltammetry in the presence of the IgG antibody also presented a decrease and a gradual displacement of the cathodic and anodic peak currents, indicating the immobilization of this biomolecule on the electrode surface. EIS analyses were consistent with those performed by VC. A correlation was observed between the evaluations in the electrode and the FMA, indicating that the best condition in the FMA is an effective choice for the platform. The results also indicated that QDs and IgGs were preferably immobilized by covalent coupling. Preliminary evaluations have also indicated that the platform, modified by amino functionalized pyrroles and carboxyl-coated QDs, was able to detect anti-IgG in the range of ng mL-1, showing to be a potential platform for the detection of diagnostic biomarkers.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T12:13:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli José Miranda Ribeiro Júnior - 2015.pdf: 709119 bytes, checksum: baa5cef4451e6bd53886e3cc249f19df (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T12:15:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli José Miranda Ribeiro Júnior - 2015.pdf: 709119 bytes, checksum: baa5cef4451e6bd53886e3cc249f19df (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T12:15:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli José Miranda Ribeiro Júnior - 2015.pdf: 709119 bytes, checksum: baa5cef4451e6bd53886e3cc249f19df (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Laccase is a poliphenoloxidase enzyme that catalyzes the oxidation of phenolic compounds in the corresponding quinones. The current obtained in this redox process can be used for quantitative analysis. In this work, a carbon paste biosensor modified gluteraldehyde functionalized silica and an enzymatic extract of the “Pycnoporus sanguineus” fungi as a lacase source is proposed for phenol determination. The effect of carbon paste and electrolyte composition, pH from 3,0 to 8,0, start potential from 0,55 to 0,25mV, scan rate from 5 to 25 mV s-1 and potential pulse amplitude from 10 to 60mV on the differential pulse voltammetric response was investigated. A linear correlation of R² = 0,9946 was obtained for the phenol content (catechol) in the concentration range from 50 to 500nMol L-1, with a detection limit of 30nMol L-1. This biosensor was used for the determination of different kinds of phenolic compounds, presenting a better response for catechol. / A lacase é uma enzima poliphenoloxidase que catalisa a oxidação de compostos fenólicos nas correspondentes quinonas. A corrente obtida neste processo redox pode ser usada para a análise quantitativa da concentração dos fenóis na água. Neste trabalho, é proposto o uso de um biossensor modificado para a determinação de fenol. O biossensor de pasta de carbono com sílica funcionalizada foi modificado com glutaraldeído e um extrato enzimático de fungos “Pycnoporus sanguineus” como uma fonte de lacase. O efeito da pasta de carbono e da composição de electrólito, permite trabalhar com pH compreendido entre 3,0 - 8,0, e um potencial inicial entre 0,55 - 0,25mV. A velocidade de varrimento foi de 5 a 25mV s-1 e amplitude de pulso de 10 a 60mV, estudando-se na resposta voltamétrica de pulso diferencial .Uma correlação linear de R2 = 0,9946 foi obtida para o teor de fenol (catecol) na gama de concentrações de 50 a 500nMol L-1, com um limite de detecção de 30nMol L-1. Este biossensor foi utilizado para a determinação de diferentes tipos de compostos fenólicos, apresentando uma melhor resposta para o catecol.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-05-19T12:27:41Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Stephen Rathinaraj Benjamin - 2016.pdf: 9705883 bytes, checksum: 750508198f2865e073cf36b649344178 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Rejected by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com), reason: on 2016-05-19T12:31:22Z (GMT) / Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-05-19T12:48:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Stephen Rathinaraj Benjamin - 2016.pdf: 9705883 bytes, checksum: 750508198f2865e073cf36b649344178 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-19T13:11:59Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Stephen Rathinaraj Benjamin - 2016.pdf: 9705883 bytes, checksum: 750508198f2865e073cf36b649344178 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-19T13:11:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Stephen Rathinaraj Benjamin - 2016.pdf: 9705883 bytes, checksum: 750508198f2865e073cf36b649344178 (MD5) Previous issue date: 2016-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study investigated the antioxidant activity using biosensors based on carbon paste electrode (CPE) modified with crude extract of laccase (Pycnoporus sanguineus, activity 2019 U L-1) in different compositions. The biosensor consists of carbon nanotubes activated with DNA (CPEL-DNA: CN) showed the best sensitivity level, 0.0549 μA / μM and 1.2 uM detection limit (LOD) in the concentration range of 20-140 μM of rutin. This biosensor showed excellent stability over 10 days and reproducibility (RSD <5%). This biosensor was used to determine the total amount of phenol in coffee samples (expressed by the equivalent rutin) using electroanalytical technique. For the evaluation of its detection capability, the results were compared with other electroanalytical techniques using analytical basis as samples of commercial coffee from different countries. The CPL-DNA: CN was used to determine the total amount of phenol in coffee samples (expressed by the equivalent rutin). Thus, it was possible to propose the CPL as an analytical tool for the detection of phenols. In this research, we developed several studies using different CPE to investigate the antioxidant natural product profile such as coffee samples, dry extracts of acerola, obtained by cyclic voltammetry (CV),) differential pulse voltammetry (DPV) and square wave voltammetry (SWV), which allowed to conclude classes of antioxidants present in the samples. The quantitative determination of these compounds was performed using the standard addition method by differential pulse voltammetry and electrochemical index (EI) has been proposed for estimating the oxidizing potential between different samples. Carbon paste electrode was also investigated using the different quality control samples commercialized produced from acerola employing DPV for the quantification of ascorbic acid (AA) in all samples, where the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) was 0.31 and 0.96 μM and with excellent recovery between 97.4 to 102.2% The DPPH tests were used to compare the antioxidant activity in coffee and acerola samples. The Folin-Ciocalteu method was used to estimate the antioxidant activity of rutin from coffee samples. These methods proposed had advantages such as simplicity of sample preparation and the speed of the analysis of antioxidant capacity. / Neste trabalho foram realizados ensaios de atividade antioxidante em amostras de acerola, café, bem como de outros extratos secos de frutos vermelhos, empregando-se eletrodos convencionais de pasta de carbono (EPC), bem como biossensores de EPC modificados com extrato bruto de lacase (EPCL), partindo de Pycnoporus sanguineus (atividade 2019 U L-1) em diferentes composições com e sem uso de agentes modificadores, visando avaliar melhor sistema. Para além consolidar o uso de métodos eletroanalíticos, i.e. voltametria cíclica (VC), voltametria de onda quadrada (VOQ) e pulso diferencial (VDP), na análise de produtos naturais, seja para avaliar perfil antioxidante, seja para inferir sobre classes de antioxidantes presentes nas amostras, pode-se neste estudo avaliar o papel de diferentes agentes modificadores. O biossensor constituído de nanotubos de carbono ativado com DNA (EPCL-DNA) apresentou o melhor nível de sensibilidade 0,0549 μA/μM e um limite de detecção (LOD) de 1,2 μM no intervalo de concentração de 20-140 μM de rutina. Além disso, o biossensor mostrou ter uma excelente estabilidade ao longo de 10 dias e reprodutibilidade (RSD < 5%). Para a avaliação da sua capacidade de detecção, os resultados obtidos foram comparados com outras técnicas eletroanalíticas usando como base analítica amostras do café comercial de diferentes países. O EPCL-DNA foi empregado para determinar a quantidade de fenol total nas amostras de café (expressa pelo equivalente de rutina). Com isso, foi possível propor os EPCL como ferramenta analítica para a detecção dos fenóis. A determinação quantitativa desses compostos foi realizada através da construção de curvas de calibração para VPD e o índice eletroquímico foi proposto para estimar o potencial antioxidante entre diferentes amostras. Também foi investigado o uso de EPC para o controle de qualidade de diferentes produtos obtidos a partir da acerola, empregando VPD para a quantificação de ácido ascórbico (AA) em todas as amostras, onde os limites de detecção (LD) e o Limite de quantificação (LQ) foi de 0,31 e 0,96 μM respectivamente e com uma excelente taxa de recuperação entre 97,4-102,2%. Os ensaios de DPPH foram utilizados para comparar a atividade antioxidante nas amostras de café e acerola. O método de Folin-Ciocalteu foi usado para estimar a atividade antioxidante da rutina nas amostras de café. Pode concluir-se que os métodos propostos apresentaram vantagens, como a simplicidade na preparação das amostras e a rapidez do ensaio da capacidade antioxidante.

A imobilização de moléculas de interesse biológico em superfícies sólidas é essencial para uma série de aplicações biotecnológicas. Dentre as técnicas de imobilização, a automontagem camada por camada por adsorção física possui inúmeras vantagens, incluindo condições brandas e fisiológicas de preparação, capacidade de incorporar diferentes biomoléculas, e controle molecular. Nesta tese foram explorados filmes nanoestruturados de materiais de interesse biológico, bem como modelos de membranas, em que foram empregadas a técnica de automontagem e a preparação de lipossomos. Os lipossomos, que serviram como modelos de membrana, foram imobilizados em filmes automontados e sua integridade estrutural foi mantida. Também foram utilizados para incorporar e estabilizar melanina, e então imobilizados em filmes automontados, com preservação da propriedade fluorescente da melanina. A automontagem também foi utilizada para imobilização das enzimas uricase, fitase e colesterol oxidase, alternadas com camadas de polieletrólitos. Estes filmes mostraram bom desempenho como biossensores amperométricos para uricase e fitase, e como biossensores usando espectroscopia de impedância para a fitase e colesterol oxidase. Tais biossensores foram usados para detectar baixas quantidades de ácido úrico, ácido fítico e colesterol, respectivamente. Não houve efeitos de interferentes nos sensores amperométricos devido à utilização de eletrodos previamente modificados com azul da Prússia, que funcionou como mediador redox. A alta sensibilidade e seletividade dos biossensores foram atribuídas à natureza do filme ultrafino e à capacidade de reconhecimento das biomoléculas, respectivamente. Esta abordagem abre caminho para novas tecnologias de dispositivos para diagnósticos clínicos e análises de alimentos, bem como para entender mecanismos de interação da biomolécula com a membrana celular para o desenvolvimento de agentes terapêuticos. / The immobilization of molecules of biological interest on solid surfaces is essential for a number of biotechnological applications. Among the techniques for immobilization the layer-by-layer (LbL) method based on physical adsorption exhibits several advantages, including mild, physiological conditions for film preparation, ability to incorporate different biomolecules and molecular control. In this thesis, nanostructured films made with materials of biological interest were exploited as model membranes, where use was made of the LbL technique and liposomes. The latter, which served as membrane models, were immobilized in LbL films and had their structural integrity preserved. Liposomes were also used to incorporate and stabilize melanin, which were then deposited on LbL films with the fluorescence of melanin being preserved. The LbL method was also used to immobilize the enzymes uricase, phytase and cholesterol oxidase, alternated with layers of polyelectrolytes. These LbL films were employed in amperometric biosensors with uricase and phytase, and in biosensors based on impedance spectroscopy for phytase and cholesterol oxidase. Low amounts of uric acid, phytic acid and cholesterol were detected, respectively. There was no effect from interferents in the amperometric biosensors because the electrodes were previously modified with a layer of Prussian Blue, which acted as a redox mediator. The high sensitivity and selectivity were attributed to the ultrathin nature of the films and the ability of molecular recognition of the biomolecules, respectively. The approaches used here open the way for novel devices for clinical diagnostics and food quality control, in addition to understanding the interaction mechanisms between the biomolecules and the cell membranes, which is important for developing therapeutic agents.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-28T12:37:36Z No. of bitstreams: 1 carlaalicetheodorobatista.pdf: 1563638 bytes, checksum: 1ab6a3b656a9e8afc9dccb7d96235060 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-06-28T12:51:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 carlaalicetheodorobatista.pdf: 1563638 bytes, checksum: 1ab6a3b656a9e8afc9dccb7d96235060 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T12:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carlaalicetheodorobatista.pdf: 1563638 bytes, checksum: 1ab6a3b656a9e8afc9dccb7d96235060 (MD5) Previous issue date: 2012-07-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho são apresentados resultados relacionados a estudos sobre o comportamento eletroquímico do lactato e do peróxido de hidrogênio em diversos eletrodos utilizando voltametria cíclica. O comportamento eletroquímico do peróxido de hidrogênio em eletrodos modificados com filme de Azul da Prússia utilizando eletrodos de ouro, compósito e carbono vítreo também foi investigado. Em uma segunda etapa desenvolveu-se um biossensor eletroquímico para determinar lactato por meio do monitoramento do peróxido de hidrogênio produzido na reação catalisada do lactato com oxigênio na presença da enzima lactato oxidase. Nessa etapa, o trabalho consistiu em imobilizar a enzima lactato oxidase na superfície do eletrodo, previamente, modificado com Azul da Prússia, com o auxílio de Nafion. Após a construção do biossensor e a otimização das condições de análise (vazão, potencial, volume de amostra, quantidade de enzima e volume de Nafion) para obtenção de maior sensibilidade no desenvolvimento do método para a determinação de lactato por análise em fluxo, averiguou-se a repetibilidade das medidas (Clactato = 0,20 mmol.L-1) obtendo-se um desvio padrão de 7,1% para 27 repetições. A frequência analítica foi estimada em 41 injeções por hora. Foi obtido um limite de detecção de 2,95 μmol.L-1 e um limite de quantificação igual a 9,84 μmol.L-1. O biossensor foi aplicado na quantificação de lactato em amostras biológicas (urina e saliva). Os resultados obtidos pelo método proposto foram comparados com aqueles oriundos do uso de método de referência. / This paper presents findings related to studies on the electrochemical behavior of lactate and hydrogen peroxide in various electrodes using cyclic voltammetry. The electrochemical behavior of hydrogen peroxide on modified electrodes with Prussian blue film using gold electrodes, composite and glassy carbon was also investigated. In a second step it was developed an electrochemical biosensor for determining lactate by monitoring the hydrogen peroxide produced in the reaction catalyzed lactate with oxygen in the presence of the enzyme lactate oxidase. At this stage, the work consisted of the enzyme lactate oxidase immobilized on the electrode surface, previously modified with Prussian Blue, with the aid of Nafion®. After the construction and optimization of the biosensor analysis conditions (flow rate, potential, sample volume, amount of enzyme and volume of Nafion) for obtaining greater sensitivity in development of the method for the determination of lactate by flow analysis, it was investigated whether the repeatability of measurements (Clactate = 0.20 mmol.L-1) obtaining a standard deviation of 7.1% to 27 repetitions. The analytical frequency was estimated to 41 injections per hour. It was obtained a detection limit of 2.95 μmol.L-1 and a limit of quantification equal to 9.84 μmol.L-1. The biosensor was applied to the quantification of lactate in biological samples (urine and saliva). The results obtained by the proposed method were compared with those from the use of the reference method.

Os desafios atuais no desenvolvimento de biossensores abrangem diversos aspectos, tais como a necessidade de se aperfeiçoar a interface de contato entre o substrato e o material biológico, a eficiência de transdução do sinal químico em um sinal mensurável, o tempo de resposta, a compatibilidade dos biossensores com matrizes biológicas e a integração de diferentes elementos de reconhecimento biológico em um único dispositivo, visando a detecção de distintos analitos. Nesse contexto, o desenvolvimento da nanociência tem criado recursos bastante atraentes para otimizar os aspectos descritos acima. O presente trabalho apresenta, portanto, estudos realizados para a construção de mediadores nanoestruturados que possam operar de maneira mais eficiente que os correspondentes materiais maciços (sistemas não-nanoestruturados). Em uma das abordagens utilizadas, um mediador híbrido de hexacianoferrato de cobre/polipirrol (CuHCNFe/Ppy) teve suas propriedades eletroquímicas aliadas às propriedades morfológicas e eletrônicas de um feltro revestido com nanotubos de carbono do tipo \"cup-stacked\" (feltro/NTCCS) para o desenvolvimento de um sensor de H2O2. O feltro/NTCCS é uma malha hidrofílica condutora que permite uma dispersão bastante uniforme do mediador híbrido. Essa característica, aliada ao aumento da área eletroativa e à interação eletrônica existente entre o CuHCNFe/PPy e os nanotubos de carbono criaram uma plataforma favorável para a construção de um biossensor de glicose. Em uma segunda estratégia, esferas de poliestireno com diâmetros de 300, 460, 600 e 800 nm foram utilizadas como molde para a formação de filmes de CuHCNFe/PPy macroporosos. Os distintos mediadores foram aplicados na detecção de H2O2 com o intuito de se correlacionar a importância do tamanho do poro com o desempenho analítico obtido. Diferentemente do esperado, os mediadores maciços e porosos apresentaram desempenhos analíticos bastante similares, o que levou a uma consideração das propriedades termodinâmicas de superfícies curvas, da molhabilidade de materiais porosos e da influência da cinética eletroquímica na utilização de sistemas porosos. Tais plataformas também foram aplicadas com sucesso na construção de biossensores de glicose e de colina. Por fim, foi possível sintetizar mediadores nanoestruturados através da imobilização de camadas de azul da Prússia e de CuHCNFe dentro das cavidades de filmes de TiO2 mesoporosos (13, 20 e 40 nm de diâmetro). Os resultados obtidos demonstraram a possibilidade de se modular o desempenho dos sensores de H2O2 em função do diâmetro dos poros e da quantidade de mediador imobilizado. A união dos resultados analíticos obtidos com os dados de microscopia eletrônica de varredura possibilitou observar a importância do efeito de confinamento no desempenho dos mediadores. Além disso, dados espectroscópicos na região do visível foram fundamentais para relacionar a presença de defeitos estruturais com a reatividade do material. No fim, tais plataformas foram utilizadas para a formulação de biossensores de colina. / Nowadays, the challenges in the development of biosensors cover various aspects such as the need to improve the interface between the substrate and the biological material, the efficiency of the chemical signal transduction in a measurable one, the response time, the compatibility with biological matrices and the integration of different biological recognition elements in a single device, in order to perform detections of different analytes. In this context, the development of nanoscience has created very attractive features to optimize the aspects described above. Consequently, the present work studies the build up of nanostructured transducers that can operate more efficiently than the corresponding bulk materials (systems non-nanostructured). In one of the approaches used, a hybrid transducer consisting of copper hexacyanoferrate/polypyrrole (CuHCNFe/Ppy) had its electrochemical properties combined with the morphological and electronic properties of a felt decorated with cup-stacked type carbon nanotubes (felt/CSCNT) for development of a H2O2 sensor. Felt/CSCNT is a hydrophilic conductive mesh that allows a uniform dispersion of the hybrid transducer. This feature, coupled with the improvement of electroactive surface and with the electronic interaction among the CuHCNFe/Ppy and carbon nanotubes have created a favorable platform for the construction of a glucose biosensor. In a second strategy, polystyrene spheres with diameters of 300, 460, 600 and 800 nm were used as templates for the formation of macroporous CuHCNFe/Ppy films. The transducers were used to detect H2O2 in order to correlate the importance of pore size with the obtained analytical performance. Unlike expected, porous and bulk transducers presented very similar analytical performances, which led to a consideration of the thermodynamic properties of curved surfaces, the wettability of porous materials and the influence of electrochemical kinetics during the use of porous systems. Such platforms have also been successfully applied in the preparation of glucose and choline biosensors. Finally, it was possible to synthesize nanostructured transducers through the immobilization of Prussian blue layers and CuHCNFe inside the cavities of mesoporous TiO2 films (pore diameters of 13, 20 and 40 nm). The obtained results demonstrated the possibility of modulating the performance of H2O2 sensors according to the pore diameter and the amount of immobilized transducer. The union of the obtained analytical results with scanning electron microscopy data showed the importance of confinement effect on the transducers performances. In addition, spectroscopic data in the visible region were essential to correlate the presence of structural defects with the material reactivity. In the end, these platforms were used for the formulation of choline biosensors.

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:40:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cleverson Santos.pdf: 2904178 bytes, checksum: 85140c2fc4cb486fe6c03e6a011296a3 (MD5) Previous issue date: 2016-05-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis describes the preparation, characterization and application of electrochemical sensors and biosensors, using different modification techniques, based on Au as transducer. The enzymatic biosensor applied on the detection of pesticide carbaryl was built on a gold electrode functionalized with a monolayer of polyamidoamine dendrimer of fourth generation with a cystamine core (PAMAM-G4) on which it was immobilized the acetylcholinesterase enzyme (AChE), with the aid of glutaraldehyde. After evaluate and determine the best conditions for immobilization of the AChE enzyme (glutaraldehyde concentration of 1% (v/v) and the concentration of enzyme units 496 U. mL-1) on the monolayer of PAMAM, the catalytic activity of the enzyme was evaluated by chronoamperometry in presence of enzymatic substrate AChI obtaining = 2.9 . −1 . The biosensor response for carbaryl detection was based on the inhibition of the enzymatic activity caused by the pesticide. It was verified that 5 min in the pesticide solution is sufficient to block the enzyme active sites. After determining the best conditions for the construction of the biosensor, it was applied for carbaryl detection in the concentration range from 1.0 to 9.0 mol. L-1. The detection and quantification limits were found to be 0.0108 mol. L-1 and 0.032 mol. L-1, respectively. In the second chapter, it is reported the development of an immunosensor applied to qualitative detection of antibodies (AB) T. cruzi. The sensor was built on gold electrode modified with the thiol 3-mercaptopropionic acid (MPA) and the antigens (AG) T. cruzi were covalently immobilized on this surface by the reaction with EDC and NHS. The influence of concentration and of immersion time in the AG solution were evaluated using the techniques of cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy in presence of [Fe(CN)6]3-/4- and the results showed that the best conditions were immersion time of 15 minutes and AG concentration of 0.5 g. L-1.The possible sites of non-specific binding were blocked with bovine serum albumin (BSA). The immersion time in the solution (AB) was also evaluated and the results showed that 30 minutes are sufficient for all specific bonds sites were occupied by AB T. cruzi. Selectivity tests in the absence of AB, only in the serum sample, and in the presence of AB Toxoplasma were performed. The results demonstrated that the immunosensor is selective, since it presented charge transfer resistance (Rct) values in the presence of AB T. cruzi 70% higher than the Rct values in presence of possible interferences.Therefore, the immunosensor presents itself as an alternative to qualitative diagnosis of american trypanosomiasis. In the third chapter, it is reported the modification of carbon graphite electrodes (CG) obtained from dry batteries zinc/carbon with Au microparticles obtained by potentiostatic electrodeposition. The variables involved in the electrodeposition process, such as the gold salt concentration, time and deposition potential were evaluated and optimized using cyclic voltammetry technique in the presence of redox couple [Fe(CN)6]3-/4-. The best conditions for the Au deposition were electrodeposition time of 700 s, potential of +0.3 V and concentration of 10.0 mmol. L-1. In these conditions, Au spherical particles were obtained with an average size of 420 nm, which were homogeneously deposited on the surface of GC electrode and promoted the increase of the electroactive area (GC electrode showed an area of 0.12 cm2 and GC/Au electrode presented an area of 0.25 cm2). The GC/Au electrode was applied for the separation and quantification of dopamine and uric acid present in a mixture. The voltammetric results showed that the GC/Au sensor is selective, once the potential peak separation between the DA and UA species was 370 mV. The detection and quantification limits were found to be 1.86 mol. L-1 and 6.09 mol. L-1 for dopamine and uric acid 17.5 mol. L-1 and 58.5 mol. L-1, respectively. In the development of the three electrochemical devices gold electrodes were used. From the results obtained for the three developed electrochemical devices it can be concluded that high electric conductivity, chemical stability, biocompatibility, ability to miniaturization in the form of microstructures and ease of functionalization of Au electrodes make them suitable conductive matrixes for construction of electrochemical sensors and particularly biosensors. / Esta tese descreve a preparação, caracterização e aplicação de sensores e biossensores eletroquímicos, utilizando diferentes técnicas de modificação baseadas no Au como transdutor. O biossensor enzimático aplicado na detecção do pesticida carbaril foi construído sobre um eletrodo de ouro funcionalizado com uma monocamada do dendrímero poliamidoamina de quarta geração com núcleo de cistamina (PAMAMG4),sobre o qual foi imobilizada com o auxílio de glutaraldeído a enzima acetilcolinesterase (AChE).Após avaliar e determinar as melhores condições de imobilização da enzima AChE (concentração de GLUT 1% (v/v) e concentração de unidades enzimáticas 496 U. mL-1) sobre a monocamada de PAMAM,a atividade catalítica da enzima AChE imobilizada foi avaliada por cronoamperometria na presença do substrato enzimático (AChI) obtendo-se o = 2,9 . −1. A resposta do biossensor na detecção de carbaril foi baseada na inibição da atividade enzimática causada pelo pesticida. Foi constatado que 5 min de imersão na solução do pesticida foram suficientes para que os sítios ativos da enzima fossem bloqueados. Após determinar as melhores condições de construção do biossensor, este foi aplicado na detecção de carbaril na faixa de 1,0 a 9,0 mol. L-1. Os limites de detecção e quantificação encontrados foram de 0,0108 mol. L-1 e 0,032 mol. L-1, respectivamente. No segundo capítulo é relatado o desenvolvimento de um imunossensor aplicado na detecção qualitativa de anticorpos (AB) T. cruzi. O sensor foi construído sobre eletrodo de ouro modificado com o tiol ácido 3-mercaptopropiônico (MPA) e sobre esta superfície foram imobilizados covalentemente pela reação com EDC e NHS, os antígenos (AG) T. cruzi. A influência da concentração da solução de AG e do tempo de imersão nesta solução para a construção do imunossensor foram avaliadas utilizando as técnicas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica na presença de [Fe(CN)6]3-/4- e os resultados demonstraram que as melhores condições foram: tempo de 15 min e concentração de 0,5 g. L-1. Os possíveis sítios de ligações não específicas foram bloqueados com albumina de soro bovino (BSA). O tempo de imersão na solução de AB também foi avaliado. Os resultados mostraram que 30 min são suficientes para que todos os sítios de ligações específicos fossem ocupados pelos AB T. cruzi. Testes de seletividade na ausência de AB,apenas em amostra de soro e também na presença de AB de Toxoplasma foram realizados. Os resultados demonstraram que o imunossensor é seletivo, pois este apresentou valores de resistência de transferência de carga (Rct) na detecção de AB T. cruzi 70% maiores do que na detecção dos possíveis interferentes. Portanto, o imunossensor apresenta-se como uma alternativa no diagnóstico qualitativo de tripanossomíase americana. No terceiro capítulo é descrito a modificação de eletrodos de carbono grafite (CG) obtidos de pilhas secas de zinco/carbono com micropartículas de Au obtidas pela eletrodeposição potenciostática. As variáveis envolvidas no processo de eletrodeposição, tais como concentração do sal de ouro, potencial e tempo de deposição foram avaliadas e otimizadas utilizando a técnica de voltametria cíclica na presença do par redox [Fe(CN)6]3-/4-. As melhores condições foram: tempo de 700 s, potencial de +0,3 V e concentração de 10,0 mmol. L-1. Nestas condições, foram obtidas partículas de Au esféricas com tamanho médio de 420 nm, as quais se apresentaram homogeneamente dispersas sobre toda a superfície do eletrodo de CG e promoveram o aumento da área eletroativa, (o eletrodo CG apresentou uma área de 0,12 cm2 e o eletrodo CG/Au uma área 0,25 cm2). O desempenho do eletrodo CG/Au foi avaliado na separação e quantificação de dopamina e ácido úrico presentes em uma mistura. Os resultados voltamétricos demonstraram que o sensor CG/Au é seletivo, pois apresentou separação de potencial pico de 370 mV entre as duas espécies. Os limites de detecção e quantificação encontrados foram de 1,86 mol. L-1 e 6,09 mol. L-1 para dopamina, e 17,5 mol. L-1 e 58,5 mol. L-1 para ácido úrico, respectivamente. A partir dos resultados obtidos para os três dispositivos eletroquímicos desenvolvidos pode-se concluir que a elevada condutividade elétrica, estabilidade química, biocompatibilidade, possibilidade de miniaturização na forma de microestruturas e a facilidade de funcionalização dos eletrodos de Au fazem destes matrizes condutoras apropriadas para construção de sensores e particularmente biossensores eletroquímicos.

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 / Na presente tese foram desenvolvidas três plataformas para a construção de biossensores visando o diagnóstico molecular da hepatite C, hepatite B e artrite reumatoide, por técnicas eletroquímicas, ópticas e microscópicas, usando amostras reais. Os genossensores para hepatites C e B foram desenvolvidos sobre a superfície de um eletrodo de ouro modificado com nanomateriais, sendo esses o óxido de grafeno e o óxido de grafeno reduzido, respectivamente. Em todos os biossensores propostos a interação da sonda com o alvo foi efetivamente verificada pelas diferentes técnicas. No caso do genossensor para hepatite C, o óxido de grafeno foi modificado quimicamente com etilenodiamina e apresentou limites de detecção e quantificação de 1:483 (v/v) e 1:145 (v/v), respectivamente, usando amostras de soro de pacientes positivos. A interação da sonda específica do HCV: gRNA causou uma redução na amplitude de resposta de corrente de cerca de 2,9 vezes quando comparada ao controle negativo, usando a VPD. O genossensor para a hepatite B a sonda foi imobilizada sobre eletrodo de ouro contendo óxido de grafeno reduzido, ouro descoberto e nanoparticulas de ouro. A análise usando VPD indica que a adição de DNA genômico de HBV provocou um aumento de cerca de 1,4 vezes na amplitude de corrente de pico quando comparado ao controle negativo. Em adição, análises de SPR mostraram que as amostras positivas de HBV resultaram em uma alteração de cerca de 15 vezes em comparação com as amostras negativas. No biossensor desenvolvido para o diagnóstico da artrite reumatoide foi utilizado um eletrodo de grafite modificado com um filme poli(3-hidroxibenzóico), no qual foi imobilizado um peptídeo mimético que reconhece o anticorpo anti-CAIII. O sensor mimético desenvolvido permitiu a distinção entre amostras positivas e negativas para a artrite reumatóide, uma vez que apresentou uma diminuição expressiva no sinal de corrente de cerca de 2,2 vezes, quando comparado ao soro negativo. Assim, foi possível desenvolver plataformas analíticas, seletivas e específicas fornecendo novas abordagens para o diagnóstico clínico e aplicações point-of-care para o monitoramento de doenças inflamatórias e infecciosas. / In the present thesis, three biosensing platforms aiming the molecular diagnosis of hepatitis C, hepatitis B and rheumatoid arthritis were developed by electrochemical, optical and microscopic techniques using real samples. The genosensors for the diagnosis of hepatitis C and B were developed on a gold electrode modified with nanomaterials, being these graphene oxide and reduced graphene oxide, respectively. In all proposed biosensors the interaction of the probe with the target was effectively verified by the different techniques. In the case of the genossensor for hepatitis C, graphene oxide was chemically modified with ethylenediamine and showed limits of detection and quantification of 1:483 (v/v) and 1:145 (v/v), respectively, using serum samples from positive patients. The interaction of the HCV probe and the gRNA caused a reduction in current response amplitude of about 2.9 fold as compared to the negative control, using the DPV. The genossensor for hepatitis B probe was immobilized on a gold electrode containing reduced graphene oxide, gold disks and gold nanoparticles. Analysis using DPV indicates that the addition of HBV gDNA caused an increase of about 1.4 times in peak current amplitude, when compared to the negative control. In addition, SPR analyzes showed that positive samples of HBV resulted in a change of about 15- fold compared to negative samples. In the biosensor developed for the diagnosis of rheumatoid arthritis, a graphite electrode modified with a poly (3-hydroxybenzoic) film was used, in which a mimetic peptide that recognizes the anti-CAIII antibody was immobilized. The developed mimetic sensor allowed the distinction between positive and negative samples for rheumatoid arthritis, since it presented an decrease in the current signal of about 2.2 times, when compared to the negative serum. Thus, it was possible to develop analytical, selective and specific platforms, providing new approaches for clinical diagnosis and point-of-care applications, for the monitoring of inflammatory and infectious diseases. / Tese (Doutorado)