Esta tese descreve a preparação, caracterização e desenvolvimento de biossensores baseados na imobilização de enzimas em filmes nanoestruturados. Os filmes foram obtidos pela técnica de automontagem do inglês Layer-by-Layer (LbL) ou pela técnica de Langmuir-Blodgett (LB). A tese se divide em três partes: a primeira parte teve como objetivo o estudo e a aplicação de filmes finos nanoestruturados, contendo enzima tirosinase (Tyr), em biossensores para detecção de moléculas antioxidantes (polifenóis), visando sua aplicação na indústria de alimentos, em especial a de vinhos tintos. Foi utilizada a técnica LB para a imobilização da enzima Tyr sobre substratos sólidos (ITO ou Pt) sem que a enzima perdesse sua atividade. A enzima foi incorporada a filmes LB mistos de ácido araquídico (AA) e bisftalocianina de lutécio (LuPc2) pela injeção na subfase aquosa. A LuPc2 foi usada como mediadora de transferência de cargas. Foi possível a detecção do composto fenólico representativo pirrogalol. Estudos de voltametría cíclica demonstraram que o biossensor possui uma boa reprodutibilidade com desvio padrão de ca. 2% (n = 4), limite dinâmico de até 400 \'mü\'M (potencial aplicado de 0,4 V; R2: 0,993), sensibilidade de 1,54 \'mü\'A.\'mü\'M POT.-1/\'CM POT.2\' e limite de detecção (critério 3\'sigma\'0/m) de 4,87 x \'10 POT.-2\' \'mü\'M (n = 10). A segunda parte do trabalho descreve o desenvolvimento de sensores eletroquímicos baseados em filmes automontados LbL de hidrocloreto de polialilamina (PAH) e LuPc2. A motivação para o estudo foi a troca do material biológico (Tyr) pela LuPc2, a qual possui poder catalítico e relativa seletividade, capaz de mimetizar algumas proteínas. A LuPc2 foi utilizada como enzima artificial na quantificação de catecol e pirogalol como representantes de compostos fenólicos. Em medidas de voltametria, o sensor automontado de PAH/LuPc2 apresentou boa linearidade (R2 = 0,992) na faixa de até 500 \'mü\'M, com uma sensibilidade de 90 nA/\'mü\'M e limite de detecção de 8 \'mü\'M. Nas medidas cronoamperométricas, os sensores apresentaram uma ampla faixa linear (R2 = 0,994; tempo de resposta de 60 s) de até 900 \'mü\'M e limite de detecção (LD) de 37,5 x \'10 POT.-8\' M (sensibilidade de 20 nA/\'mü\'M) para o catecol. Por fim, estudou-se a fabricação de filmes LbL baseados em dendrímero poli(propileno imina) (PPID) e metaloftalocianina tetrasulfonada de níquel (NiTsPc) em sensores baseados em transistores de efeito de campo (FET). Neste caso, os filmes foram utilizados como membranas sensíveis na aplicação de sensores de pH e \'H IND.2\'O IND.2\'. Também se demonstra a importância de se utilizar estruturas dendríticas nesse tipo de filme, comparando estes filmes com aqueles contendo um polieletrólito fraco linear (PAH). Foi dada ênfase à fabricação dos filmes pela técnica LbL e sua aplicação em sensores do tipo FET de porta estendida e separada (SEGFET). Filmes LbL baseados em enzimas artificiais se mostram bastante promissores em aplicações reais por serem relativamente baratos e simples, possibilitando o uso de variados tipos de materiais. A utilização desses filmes em dispositivos baseados em estruturas SEGFET possibilita a miniaturização dos sensores bem como sua produção unindo técnicas convencionais de fabricação microeletrônica. / This thesis describes the preparation, characterization and development of biosensors based on nanostructured films containing immobilized enzymes and metallophthalocyanines. The films were obtained using the Layer-by-Layer (LbL) or Langmuir-Blodgett (LB) techniques. In the first part of the thesis we describe the development of nanostructured thin films containing the enzyme tyrosinase (Tyr) and their use as biosensors for detection of antioxidants molecules (polyphenols), which find applications in the food industry, specialy red wines. The enzyme was incorporated into the mixed LB films of arachidic acid (AA) and lutetium bisphthalocyanine (LuPc2) by injection into the aqueous subphase followed by transference to ITO or Pt electrodes. The representative phenolic compound molecule to be detected was pyrogallol. Cyclic voltammetry studies shown that the biosensor response is highly reproducible with a standard deviation of ca. 2% (n = 4), dynamic range up to 400 \'mü\'M (applied potential of 0.4 V; R2: 0.993), sensitivity of 1.54 \'mü\'A/\'mü\'M.\'CM POT.2\' and detection limit (3 \'sigma\'0/m criteria) of 4.87 x \'10 POT.-2\' \'mü\'M (n = 10). The second part of this thesis focus on the development of electrochemical sensors based on LbL films of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and LuPc2. The purpose of the study was to change the biological material (Tyr) by LuPc2. LuPc2 was used as an artificial enzyme in the quantification of catechol and pyrogallol as representative of phenolic compounds. In voltammetric measurements, the LbL PAH/LuPc2 sensors presented good linearity (R2 = 0.992) in the range up to 500 \'mü\'M with a sensitivity of 90 nA/\'mü\'M and detection limit of 8 \'mü\'M. As revealed by chronoamperometry measurements, the sensors exhibited a wide linear range (R2 = 0.994; response time of 60 s) up to 900 M and detection limit of 37.5 × \'10 POT.-8\' \'mü\'M (sensibility of 20 nA/\'mü\'M) for catechol. Finally, we investigated the fabrication of LbL films based on poly(propylene imine) dendrimer (PPID) and nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) as active elements in devices based on field effect transistors (FET). The films were used as sensitive membranes applied as pH and \'H IND.2\'O IND.2\' sensors. It was shown the importance on the LbL technique and its application in FET-based sensors such as the separated and extended gate FET (SEGFET). LBL films based on artificial enzymes exhibit great promise in real applications due to their low cost and simplicity. The use of these films in devices based on SEGFET structures allows miniaturization of the sensors and their production combining conventional microelectronics fabrication and nanotechnological tools.

A técnica de Microbalança de Cristal de Quartzo (QCM) tem sido utilizada para a aplicação em biossensores. Esta técnica consiste no monitoramento da freqüência de oscilação do cristal de quartzo e a variação de freqüência está relacionada com a variação de massa na superfície do cristal por meio da equação de Sauerbrey. Porém, sabe-se que há discrepância entre a massa calculada pela equação de Sauerbrey e a massa real aderida na superfície do cristal de quartzo, sendo tal discrepância causada por fatores tais como a viscoelasticidade, o que é especialmente observado para macromoléculas e sistemas biológicos. Com a técnica de Admitância Eletroacústica (AE) é possível analisar a massa real devido à análise em separado dos parâmetros que compõem o circuito equivalente do cristal de quartzo e também inferir informações sobre a estrutura das monocamadas montadas sobre a superfície do cristal de quartzo. Neste trabalho foi utilizada técnica de AE para se potencializar e detalhar o estudo da formação de monocamadas automontadas e interações entre diferentes proteínas e carboidratos. Em muitos casos verificou-se que durante a formação de determinadas monocamadas, grande parte da variação de massa estava relacionada a interações fracas e não-específicas. Também durante a formação das monocamadas de tióis de cistamina, verificou-se que a estrutura da monocamada é extremamente dependente das concentrações iniciais de cistamina utilizadas para formar a monocamada. As interações entre proteínas e carboidratos foram realizadas após formação de multicamadas nas quais as proteínas eram imobilizadas para depois estudar-se, então, sua interação com carboidratos específicos. No caso da Jacalina, um tipo de lectina, observou-se interações bastante específicas com a fetuína e interações fracas com a alfa-lactose. A atividade da enzima GumH também foi testada com sucesso utilizando a técnica de AE. / The Quartz Crystal Microbalance (QCM) has been largely used for biosensor applications. This technique consists on monitoring quartz crystal oscillation frequency. The relationship of quartz crystal frequency variation with mass deposited on the crystal surface is described by Sauerbrey´s equation. However, the relationship is not directly inferred and discrepancy exists caused mainly by viscoelasticity features of mass adsorbed on the quartz crystal surface. The viscoelastic influence is very common to be observed especially for macro-molecules and biological systems. By using Electroacoustic Admittance (EA) technique it is possible to calculate and separate the real mass deposited over the quartz crystal from other contributions. Therefore, the EA was used to infer about self-assembly monolayer structure being deposited over the quartz crystal. In this work EA technique was used to study details of self-assembled monolayer formation and specific interactions between different proteins and carbohydrate molecules. It was observed that during monolayer formation the majority of mass variation was related to non-specific interactions. For instance, regarding cystamine monolayer formation it was observed that the monolayer structure is dependent on the cystamine concentrations in the liquid medium. The study of interactions between proteins and carbohydrates was conducted by means of multilayers approach in which the proteins are immobilized previously to study the interaction between its active sites and carbohydrates. In the specific case of Jacalin, a type of lectin, it was observed a large formation of specific bonding between this protein and alpha-lactose or fetuin. The GumH enzyme activity was also tested successfully by using of EA technique.

O método de imobilização de uma biomolécula é um dos principais fatores que melhoram o desempenho eletroquímico de um biossensor e o emprego de materiais como solução de quitosana, nanotubos de carbono e líquidos iônicos na preparação de eletrodos modificados tem sido cada vez maior devido as suas propriedades que facilitam a reação de transferência de elétrons entre a biomolécula e a superfície do eletrodo. Baseado neste conceito, o presente trabalho apresenta o estudo do comportamento eletroquímico da heme-proteína citocromo c quando imobilizado nos eletrodos de carbono vítreo e num novo substrato tridimensional de feltros de microfibras de carbono recobertos por nanotubos de carbono do tipo \"cup stacked\" (FCSNTc). Para imobilizar o citocromo c, compósitos contendo quitosana e o líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-2,3-dimetilimidazólio (BMMIBF4) foram formulados, indicando que a otimização das quantidades destes componentes podem influenciar na atividade redox do biomaterial. A partir da caracterização eletroquímica do citocromo c em carbono vítreo foi observado que a presença do líquido iônico BMMIBF4 no compósito manteve a sua eletroatividade devido a reação de oxidação e redução do átomo de ferro do grupo heme, e ao utilizar os feltros FCSNTc o citocromo c apresentou o desempenho eletroquímico superior aos obsevados em carbono vítreo, e a incorporação do líquido iônico no compósito de imobilização, resultou em biossensores com sensibilidade superiores durante os experimentos de detecção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio, quando comparados com outros FCSNTc modificados sem presença do material totalmente iônico. Os experimentos espectroscópicos na região da luz visível, foram fundamentais para mostrar que o novo microambiente causado pelos compósitos não modificam a integridade do citocromo c, e que a permanência da bioeletroatividade obtida durante os experimentos eletroquímicos sugerem a aplicação dos eletrodos de FCSNTc para o desenvolvimentos de novos biossensores com o citocromo c. / The immobilization method of biomolecules have been considered the major reason in order to improve a biosensor electrochemical performance and chitosan solution, carbon nanotubes and room temperature ionic liquids have been extensively used as a material for electrode preparation due to their properties of facilitating the direct electron transfer reaction between protein and electrode surface. In this context, the present work shows the electrochemical behavior of the heme-protein cytochrome c when it is immobilized onto a glassy carbon and in a new tridimensional substrate of carbon microfibers recovered by cup staked type carbon nanotubes (FCSNTc) electrodes. The cytochrome c immobilization was carried by the formulation of different composites based on chitosan solution and the ionic liquid 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate (BMMIBF4), and it will be shown that a volume optimization ratio between these compounds can influence in the biomaterial redox activity. During the electrochemistry characterization of cytochrome c onto glassy carbon electrode, it was observed that composites with BMMIBF4 kept its electroactivity due the iron heme group redox process. When FCSNTc felt were used the electrochemical performance was enhanced, giving better biosensors due the increase on sensitivity during the electrocatalytic activity towards hydrogen peroxide reduction when it was compared with another modified FCSNTc without ionic liquid. In addition, the spectroscopic data in the visible region were essential to show that the new microenvironment promoted by the composite did not change the cytochrome c conformational structure. Finally, the bioelectroactivity obtained during electrochemical studies suggest the use of FCSNTc modified electrode as a new platforms to develop new cytochrome c biosensors.

O método de imobilização de uma biomolécula é um dos principais fatores que melhoram o desempenho eletroquímico de um biossensor e o emprego de materiais como solução de quitosana, nanotubos de carbono e líquidos iônicos na preparação de eletrodos modificados tem sido cada vez maior devido as suas propriedades que facilitam a reação de transferência de elétrons entre a biomolécula e a superfície do eletrodo. Baseado neste conceito, o presente trabalho apresenta o estudo do comportamento eletroquímico da heme-proteína citocromo c quando imobilizado nos eletrodos de carbono vítreo e num novo substrato tridimensional de feltros de microfibras de carbono recobertos por nanotubos de carbono do tipo \"cup stacked\" (FCSNTc). Para imobilizar o citocromo c, compósitos contendo quitosana e o líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-2,3-dimetilimidazólio (BMMIBF4) foram formulados, indicando que a otimização das quantidades destes componentes podem influenciar na atividade redox do biomaterial. A partir da caracterização eletroquímica do citocromo c em carbono vítreo foi observado que a presença do líquido iônico BMMIBF4 no compósito manteve a sua eletroatividade devido a reação de oxidação e redução do átomo de ferro do grupo heme, e ao utilizar os feltros FCSNTc o citocromo c apresentou o desempenho eletroquímico superior aos obsevados em carbono vítreo, e a incorporação do líquido iônico no compósito de imobilização, resultou em biossensores com sensibilidade superiores durante os experimentos de detecção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio, quando comparados com outros FCSNTc modificados sem presença do material totalmente iônico. Os experimentos espectroscópicos na região da luz visível, foram fundamentais para mostrar que o novo microambiente causado pelos compósitos não modificam a integridade do citocromo c, e que a permanência da bioeletroatividade obtida durante os experimentos eletroquímicos sugerem a aplicação dos eletrodos de FCSNTc para o desenvolvimentos de novos biossensores com o citocromo c. / The immobilization method of biomolecules have been considered the major reason in order to improve a biosensor electrochemical performance and chitosan solution, carbon nanotubes and room temperature ionic liquids have been extensively used as a material for electrode preparation due to their properties of facilitating the direct electron transfer reaction between protein and electrode surface. In this context, the present work shows the electrochemical behavior of the heme-protein cytochrome c when it is immobilized onto a glassy carbon and in a new tridimensional substrate of carbon microfibers recovered by cup staked type carbon nanotubes (FCSNTc) electrodes. The cytochrome c immobilization was carried by the formulation of different composites based on chitosan solution and the ionic liquid 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate (BMMIBF4), and it will be shown that a volume optimization ratio between these compounds can influence in the biomaterial redox activity. During the electrochemistry characterization of cytochrome c onto glassy carbon electrode, it was observed that composites with BMMIBF4 kept its electroactivity due the iron heme group redox process. When FCSNTc felt were used the electrochemical performance was enhanced, giving better biosensors due the increase on sensitivity during the electrocatalytic activity towards hydrogen peroxide reduction when it was compared with another modified FCSNTc without ionic liquid. In addition, the spectroscopic data in the visible region were essential to show that the new microenvironment promoted by the composite did not change the cytochrome c conformational structure. Finally, the bioelectroactivity obtained during electrochemical studies suggest the use of FCSNTc modified electrode as a new platforms to develop new cytochrome c biosensors.

Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T17:03:58Z No. of bitstreams: 1 FERRO_Leticia_2016.pdf: 31138746 bytes, checksum: e2ec63a4c8fe8750b322f5f59e152466 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T17:04:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FERRO_Leticia_2016.pdf: 31138746 bytes, checksum: e2ec63a4c8fe8750b322f5f59e152466 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T17:04:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FERRO_Leticia_2016.pdf: 31138746 bytes, checksum: e2ec63a4c8fe8750b322f5f59e152466 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T17:04:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FERRO_Leticia_2016.pdf: 31138746 bytes, checksum: e2ec63a4c8fe8750b322f5f59e152466 (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Porous anodic alumina (PAA) has been used as platform for the manufacture of optical sensors. Itshows chemical resistance, thermal stability, hardness, biocompatibility, high surface area which facilitates interaction with the analyte and good morphological organization with the possibility to manipulate its pore size. Furthermore, PAA shows optical responses characterized by Fabry-Pérot interferences that can be obtained by photoluminescence and reflectance spectroscopy. Besides the surface of the AAP can be modified by Layer-by-Layer technique (LbL) in order to enhance optical sensors. Changes in Fabry-Pérot interferences can be monitored and analyzed as sensor responses. In this work, LbL film were deposited using hydrochloride polyallylamine (PAH) and glucose oxidase (GOx) for the purpose of manufacturing an optical biosensor for glucose detection. A protective bilayer of PAH and poly (vinyl sulfonic acid) (PVS) was assembled. The growth of the films were monitored by photoluminescence and total reflectance techniques. In addition, biosensor tests were carried out by immersing PAA in glucose solutions with different concentrations in order to check for changes in Fabry-Pérot oscillations. Analyzing the results, orderly growth of LbL film and biosensor response were verified. Results of the biosensor test were characterized by displacements of Fabry-Pérot interferences to shorter wavelengths and by multivariate analysis. Limit of detection determined by qualitative analysis of the Fabry-Pérot oscillations was 0.1 mol.L-1 to both PAA without surface modification and modified PAA. By using partial least squares (PLS) regression, it was possible to determine glucose from 0.1 mol.L-1 with PAA without modification and 0.01 mol.L-1 for PAA with LbL film. Furthermore, it was also verified the viability of using chemometrics to examine Fabry-Pérot interferences obtained with the PAA as an alternative method shown in the literature, which involves concepts of Fabry-Pérot equation. / A alumina anódica porosa (AAP) vem sendo utilizada como plataforma na fabricação de sensores ópticos por apresentar resistência química, estabilidade térmica, dureza, biocompatibilidade, grande área superficial que facilita a interação com o analito e boa organização morfológica com a possibilidade de se manipular as dimensões de seus poros. Além disso, a AAP apresenta respostas ópticas caracterizadas pelas interferências de FabryPérot, que podem ser obtidas por espectroscopia de fotoluminescência e de reflectância. A superfície da AAP ainda pode ser modificada pela técnica de deposição por camadas, Layerby-Layer (LbL), com o intuito de se aprimorar esses sensores ópticos, sendo que mudanças nas interferências de Fabry-Pérot podem ser acompanhadas e analisadas como resposta do sensor. Neste trabalho, houve a deposição de filmes LbL de polialilamina hidroclorada (PAH) e de glicose oxidase (GOx), contendo um colchão de PAH e de ácido poli(vinil sulfônico) (PVS), com a finalidade de fabricação de um biossensor óptico de glicose. O crescimento dos filmes foi acompanhado por fotoluminescência e reflectância total. Além disso, testes dos biossensores foram realizados imergindo a AAP em soluções de glicose com concentrações diferentes a fim de se verificar alterações nas oscilações apresentadas nos espectros. A partir dos resultados obtidos foram verificados o crescimento ordenado do filme LbL e a resposta do biossensor, que foi caracterizada pelo deslocamento das interferências de Fabry-Pérot para comprimentos de onda menores e por análise multivariada. O limite de detecção determinado através da análise qualitativa das oscilações de Fabry-Pérot foi de 0,1 mol.L-1 de glicose, tanto para a AAP sem modificação superficial, quanto para a modificada. Com o emprego da regressão por mínimos quadrados parciais (PLS, do inglês “partial least squares”) foi possível a determinação de glicose a partir de 0,1 mol.L-1 para a AAP sem modificação e de 0,01 mol.L-1 para a AAP com filme LbL. Além disso, foi verificada também a viabilidade de se utilizar a quimiometria para analisar as interferências de Fabry-Pérot obtidas com a AAP como um método alternativo do apresentado na literatura, que envolve conceitos da equação de Fabry-Pérot.

Orientador: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Marcelo Mulato / Banca: José Humberto Dias da Silva / Banca: Carlos José Leopoldo Constantino / Banca: Alvaro Antonio Alencar de Queiroz / O programa de Pós graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da UNESP / Resumo: O óxido nítrico (NO) é um radical livre conhecido por desempenhar importantes funções fisiológicas, sendo associado, entre outros processos, ao fator de relaxamento da musculatura lisa vascular, importante para a regulagem da pressão sanguínea. Para a determinação dos mecanismos através do qual o NO influencia e controla os processos fisiológicos, é de fundamental importância o desenvolvimento de sensores que possibilitem a sua determinação quantitativa. Neste trabalho, foram obtidos e caracterizados sensores sólidos para NO através de duas maneiras: 1 - Enquadramento do complexo ferro(II)-dietilditiocarbamato (FeDETC) na matriz híbrida de siloxano-poli(oxipropileno) (PPO) utilizando um método sol-gel modificado. 2 - Formação de um complexo de inclusão do FeDETC com cucurbit[n]urilas. A detecção de N0, nesses sensores, se dá através de Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica, baseada na formação de um complexo paramagnético estável ferro(II)-DETC-NO, o qual exibe três linhas características no espectro de RPE(gef=2,04). Os sendores apresentaram bom desempenho. O sensor baseado em PPO, apresentou sensibilidade de 2,5x108 μM-1, com faixa de trabalho entre 100 nM e 1 mM. O sensor CB[6]FeDETC apresentou o limite de detecção de 2,9 nM, limite de quantificação de 16 nM. A faixa de trabalho desse sensor é de 1,37x1015 spings/g a 1x1019 spins/g. Esses resultados são comparáveis aos melhores sensores divulgados na literatura / Abstract: The nitrogen monoxide (NO) is a free radical known to play important physiological roles, being associated with, among other processes, the relaxation factor of vascular smooth muscles, important for the regulation of blood pressure. To determine the mechanisms by which NO influences and controls the physiological processess is of fundamental importance the development of sensors that allow quantitative determination of NO. In this work, solid-state sensors for NO were obtained by two ways: 1 - Encapsulation of the complex iron (II)-diethyldithiocarbamate (FeDETC) in the hybrid matrix of siloxane-poly (oxipropilene) (PPO) using a modified sol-gel method. 2 - Formation of an inclusion complex with the FeDETC cucurbit[n]uril. The detection of NO in these sensors, is performed by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy, based on the formation of a stable paramagnetic complex iron[II]-DETC-NO, which displays three eharacteristic lines in the EPR spectrum (gef=2,04). The sensors showed good performeance. The PPO based sensor showed a sensitivity of 2.5x108 μM-1, a working range between 100 nM and 1 mM. The sensor CB[6]/FeDETC showed the detection limit of 2.9 nM, quantification limit of 16 nM. The working range of this sensor is between 1.37x1015 spins/g and 1x1019 spins/g. These results are comparable to the best sensors reported in the literature / Doutor

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SOUZA_Tamera_2014.pdf: 3828061 bytes, checksum: 5a203182c573895f9074200bb9448449 (MD5) Previous issue date: 2014-02-24 / Financiadora de Estudos e Projetos / The layer-by-layer technique is one of the most used in the immobilization of molecules of biological interest, being largely employed in the fabrication of modified electrodes for biosensors. One of the main challenges in the development of biosensors is to eliminate interfering electroactive species within the detection system, therefore, this problem can be solved with the introduction of inorganic or organic electron mediators. Here, we carried out systematic studies for the application of hemoglobin acting as an electron mediator, and the self-assembly technique was used to immobilize haemoglobin in nanostructured thin films. The LbL films were tested with two polyelectrolytes, obtaining uniform films with activity kept during 15 days, without responses to possible interfering phospholipids. The layer-bylayer technique was also used to immobilize the enzyme cholesterol oxidase, alternated with different polyelectrolytes. The thin films showed a good performance as an amperometric biosensor for the detection of cholesterol at low concentrations (10-5 M), with the functioning of the biosensor attributed to the use of hemoglobin in mediating the effects of excluding interfering ascorbic acid and uric acid. Some tests were also performed in real samples using egg yolk, with good results obtained. The high sensitivity and selectivity of the biosensor have been attributed to the nanostructured thin nature of the films, despite recognition capability of the biomolecules used, with a strong potential to contribute for new device technologies for food analysis. / A técnica de automontagem ou layer-by-layer é uma das mais utilizadas na imobilização de moléculas de interesse biológico. Essa técnica é empregada na fabricação de eletrodos modificados utilizados, como por exemplo, os biossensores. Um dos desafios no desenvolvimento de biossensores é eliminar interferentes de espécies eletroativas dentro do sistema de detecção. Esse problema pode ser solucionado com a introdução de mediadores de elétrons inorgânicos ou orgânicos. Nessa dissertação foram realizados estudos sistemáticos para a aplicação da hemoglobina atuando como mediadora de elétrons. A técnica de automontagem foi utilizada para a imobilização da hemoglobina, testada com dois polieletrólitos, obtendo filmes uniformes, mantendo sua atividade por 15 dias e sem respostas aos possíveis interferentes fosfolipídios. A automontagem também foi utilizada para imobilizar a enzima colesterol oxidase, alternada com diferentes polieletrólitos. Os filmes finos apresentaram um bom desempenho como biossensor amperométrico na detecção de colesterol em baixas concentrações tais como 10-5 M. O bom funcionamento do biossensor deve- se ao emprego da hemoglobina com mediador excluindo os efeitos dos interferentes acido úrico e acido ascórbico. Também foram realizados testes com amostras reais utilizando a gema de ovo obtendo bons resultados. A alta sensibilidade e seletividade dos biossensores foram atribuídas à natureza do filme automontado e à capacidade de reconhecimento das biomoléculas. Este estudo abre caminho para novas tecnologias de dispositivos para análises de alimentos.

Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-06-01T13:24:35Z No. of bitstreams: 1 PEREIRA_Tamyris_2015.pdf: 24726845 bytes, checksum: cad6e1bb20698eeb16bd6280b89c6c35 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-06-01T13:24:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PEREIRA_Tamyris_2015.pdf: 24726845 bytes, checksum: cad6e1bb20698eeb16bd6280b89c6c35 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-06-01T13:24:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PEREIRA_Tamyris_2015.pdf: 24726845 bytes, checksum: cad6e1bb20698eeb16bd6280b89c6c35 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-01T13:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PEREIRA_Tamyris_2015.pdf: 24726845 bytes, checksum: cad6e1bb20698eeb16bd6280b89c6c35 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Não recebi financiamento / This work focuses on the production of nanostructured films of poly (ethyleneimine) PEI together with MAO-b free and encapsulated in liposomes constructed by the layer-bylayer technique (LbL), for application in biosensors. Liposomes are microscopic vesicles composed of concentric lipid bilayers separated by aqueous medium, capable of encapsulating hydrophilic and/or hydrophobic molecules, which are, respectively, included in the aqueous compartment and the membrane or adsorbed. Enzymes encapsulated in liposomes have advantages in stability and catalytic activity compared to the free enzyme. Liposomes were synthesized by using a rotary evaporator and subsequently the enzyme was immobilized. The phospholipids dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) and palmitoyl oleoyl phosphatidyl glycerol (POPG) and the mixture of the two were used in this study in the ratio (1:1) and (1:4) (m/m). To build a biosensor in neurotransmitter monoamine oxidase b on, thin films were set up on poly (ethyleneimine) PEI together with monoamine oxidase b enzyme (MAO-B) immobilized or not in liposomes and deposited on ITO electrodes, being the Prussian blue a mediator of electrons. The obtained films were characterized by fluorescence spectroscopy, UV-visible and circular dichroism. The results indicated that the film is deposited successfully on quartz and ITO. The amperometric measurements were performed to detect the film sensitivity and the detection limits and check which architecture is best suited for the best composition of the biosensor. The results achieved until now show that the liposome retain the conformational structure of the enzyme and films composed of PEI / MAO-B + POPG:DPPG in proportion (1:4) (w/w) indicate better performance of the biosensor, due to the sensitivity value of 0.33 ± 0.02 µA.cm-2 mM-1 found and a good selectivity. / Este trabalho é centrado na produção de filmes nanoestruturados de poli (etilenoimina) PEI em conjunto com MAO-B livre e encapsulada em lipossomos, construídos através da técnica layer-by-layer (LbL), camada por camada, para aplicação em biossensores. Lipossomos são vesículas microscópicas compostas de bicamadas lipídicas concêntricas, separadas por um meio aquoso, capazes de encapsular moléculas hidrofílicas e/ou hidrofóbicas, que se encontram, respectivamente, no compartimento aquoso e inserida ou adsorvidas na membrana. Enzimas encapsuladas em lipossomos apresentam vantagens quanto à estabilidade e atividade catalítica em comparação com a enzima livre. Os lipossomos foram sintetizados por rotaevaporação e a enzima foi imobilizada na sequência. Os fosfolipídios dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e palmitoil oleil fosfatidil glicerol (POPG) e a mistura dos dois foram utilizados neste trabalho nas proporções de (1:1) e (1:4) (m/m). Para construir um biossensor de dopamina baseado em monoamina oxidase b, filmes finos foram montados de poli (etilenoimina) PEI juntamente com a enzima Monoamina oxidase b (MAO-b) imobilizada ou não em lipossomos e depositados sobre eletrodo de ITO, tendo como mediador de elétrons o Azul da Prússia. Os filmes obtidos foram caracterizados por espectroscopias de fluorescência, UV-visível e dicroísmo circular. Os resultados indicaram que o filme é depositado com sucesso sobre quartzo e ITO. As medidas amperométricas foram realizadas nos filmes para detectar sensibilidades e limite de detecção e verificar qual arquitetura é mais adequada para a melhor composição do biossensor. Os resultados obtidos mostram que os lipossomos conservam a estrutura conformacional da enzima e os filmes compostos por PEI/MAO-B+POPG:DPPG na proporção (1:4) (m/m) indicam um melhor desempenho do biossensor, devido ao valor de sensibilidade encontrado de 0,33±0,02 ?A.cm- 2mM-1 e uma boa seletividade.

A novel electrochemical genosensor with modified graphite with poly(4-aminophenol) has been constructed for detection of neuroblastoma, a malignant tumor originating from embryonic precursor cells of the sympathetic nervous system and associated with the amplification MYCN oncogene. The produced genosensor exhibited distinct electric and morphological properties using rhodamine b, specie able to bind with DNA duplex, as indicator of the hybridization process. The detection limit was evaluated to be 0.47 umol.L-1 (N=3) and showed very high selectivity for the complementary DNA using serum sample. This DNA sensing platform was successfully applied to detect the MYCN, an important biomarker for neuroblastoma / Um novo genossensor eletroquímico de grafite modificado com poli (4-aminofenol) foi construído para a detecção de neuroblastoma, um tumor maligno originário a partir de células precursoras embrionárias do sistema nervoso simpático, e associado com a amplificação do oncogene MYCN. O genossensor produzido exibiu propriedades elétricas e morfológicas distintas, utilizando rodamina B, espécie capaz de se ligar com a fita dupla de DNA, como indicador do processo de hibridação. O limite de detecção obtido foi de 0,47 μmol.L-1 (N = 3) e mostrou maior seletividade para o DNA complementar, utilizando amostras de soro. Esta plataforma de detecção de DNA foi aplicada com sucesso para detectar a MYCN, um biomarcador importante para o neuroblastoma / Mestre em Genética e Bioquímica

A técnica de Microbalança de Cristal de Quartzo (QCM) tem sido utilizada para a aplicação em biossensores. Esta técnica consiste no monitoramento da freqüência de oscilação do cristal de quartzo e a variação de freqüência está relacionada com a variação de massa na superfície do cristal por meio da equação de Sauerbrey. Porém, sabe-se que há discrepância entre a massa calculada pela equação de Sauerbrey e a massa real aderida na superfície do cristal de quartzo, sendo tal discrepância causada por fatores tais como a viscoelasticidade, o que é especialmente observado para macromoléculas e sistemas biológicos. Com a técnica de Admitância Eletroacústica (AE) é possível analisar a massa real devido à análise em separado dos parâmetros que compõem o circuito equivalente do cristal de quartzo e também inferir informações sobre a estrutura das monocamadas montadas sobre a superfície do cristal de quartzo. Neste trabalho foi utilizada técnica de AE para se potencializar e detalhar o estudo da formação de monocamadas automontadas e interações entre diferentes proteínas e carboidratos. Em muitos casos verificou-se que durante a formação de determinadas monocamadas, grande parte da variação de massa estava relacionada a interações fracas e não-específicas. Também durante a formação das monocamadas de tióis de cistamina, verificou-se que a estrutura da monocamada é extremamente dependente das concentrações iniciais de cistamina utilizadas para formar a monocamada. As interações entre proteínas e carboidratos foram realizadas após formação de multicamadas nas quais as proteínas eram imobilizadas para depois estudar-se, então, sua interação com carboidratos específicos. No caso da Jacalina, um tipo de lectina, observou-se interações bastante específicas com a fetuína e interações fracas com a alfa-lactose. A atividade da enzima GumH também foi testada com sucesso utilizando a técnica de AE. / The Quartz Crystal Microbalance (QCM) has been largely used for biosensor applications. This technique consists on monitoring quartz crystal oscillation frequency. The relationship of quartz crystal frequency variation with mass deposited on the crystal surface is described by Sauerbrey´s equation. However, the relationship is not directly inferred and discrepancy exists caused mainly by viscoelasticity features of mass adsorbed on the quartz crystal surface. The viscoelastic influence is very common to be observed especially for macro-molecules and biological systems. By using Electroacoustic Admittance (EA) technique it is possible to calculate and separate the real mass deposited over the quartz crystal from other contributions. Therefore, the EA was used to infer about self-assembly monolayer structure being deposited over the quartz crystal. In this work EA technique was used to study details of self-assembled monolayer formation and specific interactions between different proteins and carbohydrate molecules. It was observed that during monolayer formation the majority of mass variation was related to non-specific interactions. For instance, regarding cystamine monolayer formation it was observed that the monolayer structure is dependent on the cystamine concentrations in the liquid medium. The study of interactions between proteins and carbohydrates was conducted by means of multilayers approach in which the proteins are immobilized previously to study the interaction between its active sites and carbohydrates. In the specific case of Jacalin, a type of lectin, it was observed a large formation of specific bonding between this protein and alpha-lactose or fetuin. The GumH enzyme activity was also tested successfully by using of EA technique.