Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-11T13:47:24Z No. of bitstreams: 2 Tese Danielly Ferreira.pdf: 18104050 bytes, checksum: d3cdc17b1aa66d984ed1e66717abf7f1 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-11T13:47:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese Danielly Ferreira.pdf: 18104050 bytes, checksum: d3cdc17b1aa66d984ed1e66717abf7f1 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / CAPES; FACEPE; CNPq / Infecções pelo papilomavírus humano (HPV) de alto risco, principalmente o HPV16, podem levar ao desenvolvimento de tumores, como o de câncer cervical. O diagnóstico rápido e preciso associado a uma baixo custo operacional das lesões pré-cancerígenas por HPV é extremamente importante para o sucesso do tratamento. Os tradicionais testes para o diagnóstico desse vírus não preenchem todos os requisitos necessários para um diagnóstico bem sucedido. Dispositivos analíticos, como os biossensores, podem detectar agentes infecciosos de uma maneira mais simples e barata, em comparação com os testes convencionais. Estas características tornam os biossensors uma alternativa promissora para o diagnóstico precoce do HPV. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de genossensores (biossensores de DNA) para o diagnóstico do HPV. O primeiro biossensor foi composto de dois eletrodos, um eletrodo de trabalho (ET) feito de lápis grafite e um eletrodo de referência (ER) feito de Ag/AgCl. O outro modelo de biossensor foi formado por três eletrodos impressos: ET constituído de ouro; ER constituído de Ag/AgCl; e EA (eletrodo auxiliar) constituído de carbono. Nos dois biossensores propostos, um sonda de DNA específica para o gene E6 do HPV16 foi imobilizada sob o eletrodo de trabalho por adsorção e, em seguida, uma sequência alvo foi hibridizada com a sonda imobilizada. No primeiro biossensor, o alvo foi o gene E6 do HPV16 colonado no plasmíedo PGEM-T. Já no segundo biossensor, os alvos foram os oligonucleotídicos sintéticos e o DNA extraído (DE) de amostras de pacientes. Os sinais redox da hibridização, nos dois biossensores, foram analisados pela técnica de voltametria de pulso diferencial. Os resultados mostraram que os biossensores puderam diferenciar a hibridização da não-hibridização. Os dois biossensores propostos apresentaram elevada sensibilidade cujos limites de detecção foram para o primeiro biossensor de 16 pg/μL (7 nM) e o segundo biossensor de 18,13 nM. Além disso, ao contrário dos testes padrão, os dois genossensores foram capazes de detectar a presença do DNA viral sem a necessidade de amplificação do material genético. Isso os tornam mais rápidos e baratos em comparação aos testes convencionais. Os dados obtidos com os biossensores mostraram viabilidade para o diagnóstico de vários tipos de HPVs, permitindo com isso o desenvolvimento de um sistema pioneiro para detecção portátil desse vírus.

Embora exista considerável progresso na área de biossensores, ainda é primordial aprimorar muitos desses dispositivos. Este trabalho tem por objetivo contribuir para o contínuo crescimento dos biossensores a base de enzimas e de moléculas de DNA, sendo dois biossensores eletroquímicos descritos. O primeiro trata-se de um biossensor enzimático utilizando tirosinase (Tyr) imobilizada por intermédio de cistamina (CYS) e glutaraldeído (GA) para a detecção de compostos fenólicos. Eletrodos de carbono impressos (SPCE) foram modificados com nanobastões de ouro (AuNRs) em filme de poli(amido amina) (PAMAM) geração 4 para o favorecimento da transferência direta de elétrons (DET) entre o eletrodo e o sítio ativo da enzima. Para caracterizar os AuNRs e AuNRs-PAMAM, espectroscopia de absorção no UV-Visível, espalhamento de luz dinâmico (DLS) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram empregadas. As etapas do biossensor foram estudadas por voltametria cíclica e linear, amperometria e microscopia de força atômica (AFM) na presença de dois analitos: catecol (CAT) e dopamina (DA). A faixa linear para CAT foi de 2,8 a 30,3 μmol L-1 com um limite de detecção (LD) de 1,0μmol L-1 enquanto para a DA, a faixa linear foi de 27,8 a 448,7 μmol L-1 e LD de 10,0 μmol L-1. Além de apresentar ótima resposta frente a possíveis interferentes, o sensor também mostrou excelente desempenho em amostras reais, que atrelados aos testes de repetibilidade e reprodutibilidade mostram a estabilidade e acurácia do biossensor. O segundo sensor, trata-se de um sensor de DNA impedimétrico em eletrodo de ouro para a detecção da mutação c.68_69del relacionada à predisposição ao câncer de mama. A imobilização da sequência de captura (SH-ssDNA) no eletrodo ocorreu pela ligação ouro-enxofre (Au-S) e o modelo de hibridização escolhido foi a hibridização direta. O genossensor distinguiu eficientemente entre as sequências alvo (tarDNA) e não-complementar (ncsDNA), apresentando faixa linear de 1,0 a 200,0 nmol L-1 e LD de 0,14 nmol L-1. Os resultados sugerem que ambos biossensores têm potencial e que as estratégias propostas são promissoras para o desenvolvimento de outros biossensores. / Despite a considerable progress in the area of biosensors, it is still crucial to improve most of these sensors. This study aims to contribute to the ongoing growth of enzyme- and DNA-based biosensors, being described two electrochemical biosensors. The first one is an enzyme-based biosensor with immobilized Tyrosinase (Tyr), through cystamine (CYS) and glutaraldehyde (GA), for detection of phenolic compounds. Screen-printed carbon electrodes (SPCE) were modified by gold nanorods (AuNRs) stabilized with poly(amide amine) PAMAM generation 4 to facilitate direct electron transfer (DET) between electrode and enzyme active site. AuNRs and AuNRs-PAMAM were characterized using UV-Visible absorption spectroscopy, dynamic light scattering (DLS) e scanning electron microscopy (SEM). Biosensor stages were studied by cyclic and linear voltametry, amperommetry and atomic force microscopy (AFM) and tested agains two analytes: catechol (CAT) and dopamine (DA). Detection limit (LD) for CAT is 1 μmol L-1 and linear range from 2.8 to 30.3 μmol L-1, for DA, LD is 10.0 μmol L-1 and linear range 27.8 to 448.7 μmol L-1. Besides, the biosensor shows great response in the presence of interferents, it also had an excellent performance in real samples that along with repeatability and reproducibility tests indicate stability and accuracy of the biosensor. The second sensor is an impedimetric DNA sensor prepared on gold electrode to detect c.68_69del mutation related to breast cancer predisposition. Capture sequence (HS-ssDNA) immobilization occurred due to gold-sulfur bond (Au-S) and direct hybridization was the chosen hybridization model. The genosensor was able to distinguishing between target sequence (tarDNA) and non-complementary sequence (ncsDNA) and linear range and LD were found to be 1.0 to 200.0 nmol L-1 and 0.14 nmol L-1, respectively. Results suggest both biosensors have potential and proposed strategies are promising for other biosensors development.

Após setenta anos de sua descoberta, o vírus da zika surgiu no Brasil, espalhou-se rapidamente pelas Américas e trouxe complicações incomuns em doenças causadas por Flavivirus, como a microcefalia. A Organização Mundial da Saúde classifica a zika como a doença viral mais preocupante da atualidade e considera urgente desenvolver novos métodos de diagnóstico para ela e doenças correlatas como a dengue. Embora existam exames para identificar infecções pelos vírus dessas duas doenças, ainda não há um método rápido, específico e de baixo custo para o diagnóstico precoce. Visando preencher essa lacuna, este trabalho teve como objetivo construir dois tipos de biossensores eletroquímicos de DNA para detecção label-free desses dois vírus. Foram fabricados eletrodos descartáveis em substrato de politereftalato de etileno metalizado com filme fino de ouro nas configurações com um e três contatos. As sequências genéticas de iniciadores e sondas de captura foram desenhadas especialmente para este trabalho com base na análise dos genomas dos vírus. O primeiro biossensor utilizou o eletrodo em uma célula eletroquímica e foi capaz de identificar sequências de DNA da zika ou da dengue. As análises por espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram que o biossensor é seletivo à sequência alvo com limite de detecção de (9,86 ± 0,89) nmol L-1. O segundo biossensor utilizou um eletrodo de três contatos para identificação de sequências de DNA em uma gota da amostra. No contato central, usado como eletrodo de trabalho, foi imobilizada a sequência de captura e os contatos laterais funcionaram como eletrodos de referência e auxiliar. Nesse sistema as medidas de impedância indicaram limite de detecção de (25,0 ± 1,7) nmol L-1. Os biossensores desenvolvidos mostraram seletividade para identificar o material genético dos vírus da zika e da dengue nos ensaios com DNA sintético e, portanto, são promissores para a análise de amostras reais, principalmente de produtos da polimerase da cadeia reversa. / After seventy years of its discovery, zika virus has emerged in Brazil, spread rapidly throughout the Americas, bringing unusual complications in diseases caused by flaviviruses, such as microcephaly. The World Health Organization classifies zika as the most harmful viral disease today and considers urgent the development of new diagnostic methods for zika and related diseases, such as dengue. Although there are tests to identify both infections, no current diagnostic method is rapid, specific and cost-efective. This thesis describes two types of electrochemical DNA biosensors for label-free detection of these zika and dengue. Disposable electrodes were fabricated on polyethylene terephthalate substrates covered with a nanometric gold layer by thermal evaporation, manufactured in one- and three-contact configurations. Genetic sequences of primers and complementary capture probes were designed based on the analysis of the virus genomes. The first biosensor we developed used the new electrode in an electrochemical cell and was able to identify zika or dengue DNA sequences. Analyses by electrochemical impedance spectroscopy showed that these biosensors are selective for zika or dengue with a detection limit of (9.86 ± 0.89) nmol L-1. A second type of biosensor used a three-contact electrode to identify DNA sequences in a drop of sample. In the central contact, used as a working electrode, the capture sequence was immobilized and the lateral contacts acted as reference and auxiliary electrodes. In this system the impedance measurements indicated a limit of detection of (25.0 ± 1.7) nmol L-1. The developed biosensors showed selectivity for zika and dengue in the synthetic DNA assays, and therefore are promising for the analysis of real samples, especially the polymerase chain reaction amplicon.

?rea de concentra??o: Qu?mica Anal?tica. / Submitted by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2016-01-06T19:01:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) ricardo_augusto_m_souza_correa.pdf: 3203874 bytes, checksum: 613643e6fe67082b3f47a7d8e0528aaf (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2016-01-07T11:53:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) ricardo_augusto_m_souza_correa.pdf: 3203874 bytes, checksum: 613643e6fe67082b3f47a7d8e0528aaf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-07T11:53:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) ricardo_augusto_m_souza_correa.pdf: 3203874 bytes, checksum: 613643e6fe67082b3f47a7d8e0528aaf (MD5) Previous issue date: 2015 / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do estado de Minas Gerais (FAPEMIG) / Foi otimizada a eletropolimeriza??o do ?cido 4-hidroxifenilac?tico (4-HFA), visando sua aplica??o como plataforma funcionalizada para imobiliza??o de biomol?culas, para o desenvolvimento de genossensores. Foi utilizado o mon?mero 4-HFA, e por meio deste a eletrogera??o foi conduzida sobre a superf?cie do eletrodo de grafite (EG), utilizando-se a t?cnica de voltametria c?clica na faixa de +0,0 a +1,20 V, onde foram investigados dois par?metros: n?mero de ciclos de potencial aplicado e velocidade de varredura utilizada. Associado a este estudo, foi investigado a imobiliza??o de pequenos fragmentos de DNA (oligonucleot?deos), observando a atua??o da plataforma funcionalizada na resposta do biossensor para detec??o dos oligonucleot?deos, bem como avalia??o do reconhecimento do evento de hibridiza??o com o alvo complementar. Observou-se que o filme polim?rico formado apresentou um par redox na regi?o +0,53/+0,38 V e o aumento do n?mero de ciclos gera plataformas mais eletroativas devido a maior quantidade de material adsorvido, por outro lado, a diminui??o da velocidade de varredura gera plataformas mais eletroativas devido a ocorr?ncia do acoplamento mais organizado. Medidas de espectroscopia de imped?ncia eletroqu?mica (EIE) mostraram maior resist?ncia do filme para os eletrodos modificados com maior n?mero de ciclos, bem como para os eletrodos modificados com maiores velocidades de varredura. Imagens de microscopia eletr?nica de varredura (MEV) mostraram que em todos os casos n?o h? total recobrimento da superf?cie do EG e corroboraram com os demais resultados encontrados. As imagens de MEV demonstraram que diferentes ciclagens n?o influenciam na morfologia do filme formado, mas sim na quantidade de material adsorvido. Por outro lado, as imagens tamb?m mostraram que as diferentes velocidades de varredura geram filmes com morfologias distintas. A plataforma EG/poli(4-HFA) mostrou-se eficiente e sens?vel para a imobiliza??o de oligonucleot?deos, bem como para o evento de hibridiza??o com o oligonucleot?deo complementar. O eletrodo que apresentou as melhores respostas para imobiliza??o das ssDNAs estudadas e detec??o dos respectivos alvos complementares foi o eletrodo modificado com 100 ciclos de potencial na velocidade de varredura de 75 mV/s, uma vez que mostrou maiores amplitudes nos valores de corrente de pico. A constru??o do genossensor para detec??o do bacilo Mycobacterium tuberculosis confirmou os demais resultados acerca da efici?ncia da plataforma EG/poli(4-HFA), uma vez que a mesma demonstrou excelente sensibilidade ao utilizar o Azul de Metileno (AM) como intercalador. O genossensor desenvolvido apresentou um excelente limite de detec??o de 0,16 nmol, operando com volumes baix?ssimos de solu??o, sendo estes 15 ?L de sonda MYC e 10 ?L de alvo MYC. Foi poss?vel desenvolver o dispositivo e ainda otimizar v?rios par?metros de adsor??o da sonda e hibridiza??o do alvo, o que ocasionou uma melhoria da diminui??o do sinal de redu??o do AM de 14% para 34%. Em adi??o, estudos com o interferente MYC-NE demonstraram que o genossensor possui seletividade satisfat?ria, uma vez que a hibridiza??o com o interferente acarretou em diminui??o do sinal 46% inferior quando comparado ao alvo espec?fico. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-Gradua??o em Qu?mica, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2015. / ABSTRACT Aiming its application as functionalized platform for biomolecules immobilization, it was optimized the electropolymerization of 4-hydroxyphenylacetic acid (4-HPA), for genosensors development. The monomer 4-HPA was used and, by means of it the electrogeneration was carried out on the surface of the graphite electrode (GE), using cyclic voltammetry on the range of +0,0 to +1,20 V, in which were investigated two parameters: number of cycles of applied potential and scan rate used. Associated to this work it was investigated small DNA fragments (oligonucleotides), observing the performance of the functionalized platform in biosensor response to detection of oligonucleotides, as well as evaluation hybridization event recognition with the complementary target. It was observed that the polymeric film showed a redox couple in region +0,53/+0,38 V and an increase of the number of cycles produces more electroactive platforms due to greater amount of adsorbed material. On the other hand, a decrease in scan rate produces more electroactive platforms due to the occurrence of more organized coupling. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements showed higher film resistance to the modified electrodes with more number of cycles, as well as for the modified electrode with higher scan rate. Images of scanning electron microscopy (SEM) have shown that in all cases there is no complete coverage of the GE surface and corroborated with the other results found. SEM images have shown that the number of cycles does not influence the morphology of the formed film, but the amount of the adsorbed material. On the other hand, images also have shown that different scan rates produce films with distinct morphologies. GE/poly(4-HPA) platform have shown to be sensitive and efficient to oligonucleotide immobilization, as well as for hybridization event with the complementary oligonucleotide. The electrode that showed the best responses to the immolization of the studied ssDNA and the respective complementary target detection was the electrode modified with 100 potential cycles in the scan rate of 75 mV/s since it has shown higher amplitudes at peak current values. Genosensor construction for Mycobacterium tuberculosis bacillus detection confirmed the results about the GE/poly(4-HPA) platform efficiency, since it has shown excellent sensitivity when using Methilene Blue (MB) as intercalator. The designed biosensor has shown an excellent limit detection of 0,16 nmol, operating with very low solution volumes these being 15 ?L of MYC probe and 10 ?L MYC target. It was possible develop the device and even optimize several probe adsorption parameters and target hybridization which led to an improvement in decrease of the MB reduction signal from 14% to 34%. In addition, studies with the interfering MYC-NE has shown that the genosensor has satisfactory selectivity since the hybridization with the interfering resulted in a signal decrease 46% lower when compared to the specific target.

Após setenta anos de sua descoberta, o vírus da zika surgiu no Brasil, espalhou-se rapidamente pelas Américas e trouxe complicações incomuns em doenças causadas por Flavivirus, como a microcefalia. A Organização Mundial da Saúde classifica a zika como a doença viral mais preocupante da atualidade e considera urgente desenvolver novos métodos de diagnóstico para ela e doenças correlatas como a dengue. Embora existam exames para identificar infecções pelos vírus dessas duas doenças, ainda não há um método rápido, específico e de baixo custo para o diagnóstico precoce. Visando preencher essa lacuna, este trabalho teve como objetivo construir dois tipos de biossensores eletroquímicos de DNA para detecção label-free desses dois vírus. Foram fabricados eletrodos descartáveis em substrato de politereftalato de etileno metalizado com filme fino de ouro nas configurações com um e três contatos. As sequências genéticas de iniciadores e sondas de captura foram desenhadas especialmente para este trabalho com base na análise dos genomas dos vírus. O primeiro biossensor utilizou o eletrodo em uma célula eletroquímica e foi capaz de identificar sequências de DNA da zika ou da dengue. As análises por espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram que o biossensor é seletivo à sequência alvo com limite de detecção de (9,86 ± 0,89) nmol L-1. O segundo biossensor utilizou um eletrodo de três contatos para identificação de sequências de DNA em uma gota da amostra. No contato central, usado como eletrodo de trabalho, foi imobilizada a sequência de captura e os contatos laterais funcionaram como eletrodos de referência e auxiliar. Nesse sistema as medidas de impedância indicaram limite de detecção de (25,0 ± 1,7) nmol L-1. Os biossensores desenvolvidos mostraram seletividade para identificar o material genético dos vírus da zika e da dengue nos ensaios com DNA sintético e, portanto, são promissores para a análise de amostras reais, principalmente de produtos da polimerase da cadeia reversa. / After seventy years of its discovery, zika virus has emerged in Brazil, spread rapidly throughout the Americas, bringing unusual complications in diseases caused by flaviviruses, such as microcephaly. The World Health Organization classifies zika as the most harmful viral disease today and considers urgent the development of new diagnostic methods for zika and related diseases, such as dengue. Although there are tests to identify both infections, no current diagnostic method is rapid, specific and cost-efective. This thesis describes two types of electrochemical DNA biosensors for label-free detection of these zika and dengue. Disposable electrodes were fabricated on polyethylene terephthalate substrates covered with a nanometric gold layer by thermal evaporation, manufactured in one- and three-contact configurations. Genetic sequences of primers and complementary capture probes were designed based on the analysis of the virus genomes. The first biosensor we developed used the new electrode in an electrochemical cell and was able to identify zika or dengue DNA sequences. Analyses by electrochemical impedance spectroscopy showed that these biosensors are selective for zika or dengue with a detection limit of (9.86 ± 0.89) nmol L-1. A second type of biosensor used a three-contact electrode to identify DNA sequences in a drop of sample. In the central contact, used as a working electrode, the capture sequence was immobilized and the lateral contacts acted as reference and auxiliary electrodes. In this system the impedance measurements indicated a limit of detection of (25.0 ± 1.7) nmol L-1. The developed biosensors showed selectivity for zika and dengue in the synthetic DNA assays, and therefore are promising for the analysis of real samples, especially the polymerase chain reaction amplicon.

Embora exista considerável progresso na área de biossensores, ainda é primordial aprimorar muitos desses dispositivos. Este trabalho tem por objetivo contribuir para o contínuo crescimento dos biossensores a base de enzimas e de moléculas de DNA, sendo dois biossensores eletroquímicos descritos. O primeiro trata-se de um biossensor enzimático utilizando tirosinase (Tyr) imobilizada por intermédio de cistamina (CYS) e glutaraldeído (GA) para a detecção de compostos fenólicos. Eletrodos de carbono impressos (SPCE) foram modificados com nanobastões de ouro (AuNRs) em filme de poli(amido amina) (PAMAM) geração 4 para o favorecimento da transferência direta de elétrons (DET) entre o eletrodo e o sítio ativo da enzima. Para caracterizar os AuNRs e AuNRs-PAMAM, espectroscopia de absorção no UV-Visível, espalhamento de luz dinâmico (DLS) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram empregadas. As etapas do biossensor foram estudadas por voltametria cíclica e linear, amperometria e microscopia de força atômica (AFM) na presença de dois analitos: catecol (CAT) e dopamina (DA). A faixa linear para CAT foi de 2,8 a 30,3 μmol L-1 com um limite de detecção (LD) de 1,0μmol L-1 enquanto para a DA, a faixa linear foi de 27,8 a 448,7 μmol L-1 e LD de 10,0 μmol L-1. Além de apresentar ótima resposta frente a possíveis interferentes, o sensor também mostrou excelente desempenho em amostras reais, que atrelados aos testes de repetibilidade e reprodutibilidade mostram a estabilidade e acurácia do biossensor. O segundo sensor, trata-se de um sensor de DNA impedimétrico em eletrodo de ouro para a detecção da mutação c.68_69del relacionada à predisposição ao câncer de mama. A imobilização da sequência de captura (SH-ssDNA) no eletrodo ocorreu pela ligação ouro-enxofre (Au-S) e o modelo de hibridização escolhido foi a hibridização direta. O genossensor distinguiu eficientemente entre as sequências alvo (tarDNA) e não-complementar (ncsDNA), apresentando faixa linear de 1,0 a 200,0 nmol L-1 e LD de 0,14 nmol L-1. Os resultados sugerem que ambos biossensores têm potencial e que as estratégias propostas são promissoras para o desenvolvimento de outros biossensores. / Despite a considerable progress in the area of biosensors, it is still crucial to improve most of these sensors. This study aims to contribute to the ongoing growth of enzyme- and DNA-based biosensors, being described two electrochemical biosensors. The first one is an enzyme-based biosensor with immobilized Tyrosinase (Tyr), through cystamine (CYS) and glutaraldehyde (GA), for detection of phenolic compounds. Screen-printed carbon electrodes (SPCE) were modified by gold nanorods (AuNRs) stabilized with poly(amide amine) PAMAM generation 4 to facilitate direct electron transfer (DET) between electrode and enzyme active site. AuNRs and AuNRs-PAMAM were characterized using UV-Visible absorption spectroscopy, dynamic light scattering (DLS) e scanning electron microscopy (SEM). Biosensor stages were studied by cyclic and linear voltametry, amperommetry and atomic force microscopy (AFM) and tested agains two analytes: catechol (CAT) and dopamine (DA). Detection limit (LD) for CAT is 1 μmol L-1 and linear range from 2.8 to 30.3 μmol L-1, for DA, LD is 10.0 μmol L-1 and linear range 27.8 to 448.7 μmol L-1. Besides, the biosensor shows great response in the presence of interferents, it also had an excellent performance in real samples that along with repeatability and reproducibility tests indicate stability and accuracy of the biosensor. The second sensor is an impedimetric DNA sensor prepared on gold electrode to detect c.68_69del mutation related to breast cancer predisposition. Capture sequence (HS-ssDNA) immobilization occurred due to gold-sulfur bond (Au-S) and direct hybridization was the chosen hybridization model. The genosensor was able to distinguishing between target sequence (tarDNA) and non-complementary sequence (ncsDNA) and linear range and LD were found to be 1.0 to 200.0 nmol L-1 and 0.14 nmol L-1, respectively. Results suggest both biosensors have potential and proposed strategies are promising for other biosensors development.

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

The Epstein Barr virus (EBV) is studied in this project to establish a latency compared with the infected organism and to a number of pathophysiologies. Its oncogenic potential associated with serological evidence of the presence of the viral agent for cancer and also for autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis and lupus erythematosus. Detection processes are necessary and have attracted scientific interest in recent decades, and they are important analytical tools used for clinical diagnosis, disease control, physiological changes, among others. Through the above two genosensors were developed to the specific recognition of EBV by electrochemistry. The peak oxidation of ethidium bromide (EB) in graphite electrodes modified with poly (4-ATP) and the peak tetramethylbenzindine (TMB) reduction, as a new indicator of hybridization oligonucleides, in graphite electrodes modified with poly (AP-4) were designed and evaluated these platforms. Analysis of Surface Plasmon Resonance (SPR) and Atomic Force Microscopy (AFM) were used to complement the study to theoretical and practical application. The prospect of this project is the application in the diagnosis of infection caused by the Epstein-Barr virus (in serum samples, saliva and urine) non-invasively in rapid tests evaluating their sensitivity, selectivity, specificity, speed and low cost. / O vírus Epstein Barr (EBV) é estudado neste projeto por estabelecer uma relação de latência com o organismo infectado e a uma série de fisiopatologias. Seu potencial oncogênico está relacionado às evidências sorológicas da presença do agente viral em neoplasias e também às doenças autoimunes como a Artrite Reumatoide e o Lúpus Eritematoso. Processos de detecção são necessários e têm despertado interesse científico nas últimas décadas, sendo importantes ferramentas analíticas usadas para diagnóstico clínico, controle de doenças, alterações fisiológicas, dentre outras. Mediante o exposto, dois genossensores foram desenvolvidos visando o reconhecimento específico do EBV pela eletroquímica. O pico de oxidação do brometo de etídio nos eletrodos de grafite modificados com poli(4-ATF) e o pico de redução de tetrametilbenzindina, como novo indicador de hibridização de oligonucleotídeos, nos eletrodos de grafite modificados com poli(4-AF) foram projetados e avaliados nestas plataformas. Análises de Ressonância de Plasmon de Superfície (SPR) e Microscopia de Força Atômica (AFM) foram utilizadas para complementar o estudo a fim de fundamentação teórica e prática. A perspectiva deste projeto é a aplicação no diagnóstico da infecção causada pelo vírus Epstein-Barr (em amostras de soro, saliva e urina) de forma não invasiva em testes rápidos avaliando sua sensibilidade, seletividade, especificidade, rapidez e de baixo custo. / Doutor em Genética e Bioquímica

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 / Neste trabalho foi desenvolvido um nanocompósito polimérico de óxido de grafeno reduzido e poli(ácido 3 hidroxibenzóico) para a modificação de eletrodos de grafite, visando o desenvolvimento de um genossensor para a detecção do DNA genômico de Alicyclobacillus acidoterrestris. Esta é uma bactéria associada à deterioração de sucos ácidos, como o suco de laranja, do qual o Brasil é o maior produtor mundial. Neste contexto, os biossensores aparecem como dispositivos de detecção rápidos e fáceis de manusear, com grande potencial para serem utilizados em toda a cadeia produtiva do suco. Para a construção do genossensor, óxido de grafeno foi produzido pelo método de Hummers modificado, gotejado sobre a superfície do eletrodo de grafite e reduzido eletroquimicamente. O ácido 3-hidroxibenzóico foi eletropolimerizado sobre esta superfície contendo o nanomaterial. Análises por espectroscopia no infravermelho e voltametria cíclica comprovaram a redução do óxido de grafeno. Além disso, as análises eletroquímicas evidenciaram que o nanocompósito produzido apresenta propriedades eletrônicas superiores às do filme polimérico. Sobre este nanocompósito foi imobilizado um oligonucleotídeo sonda ALIC1, específico para A. acidoterrestris, o qual foi utilizado para detecção de um oligonucleotídeo alvo complementar ALIC2 pela técnica de voltametria de pulso diferencial (VPD), tanto direta quanto indiretamente, esta última utilizando-se o intercalante da dupla fita de DNA Hoechst 33258. Um lisado celular obtido a partir de uma cultura de A. acidoterrestris também foi detectado de maneira indireta pela técnica de VPD, e uma curva de calibração foi construída. O genossensor proposto apresentou um limite de detecção de 174 ng mL-1 e limite de quantificação de 581 ng mL-1, sendo capaz de detectar o DNA genômico em uma amostra real de suco de laranja e de discernir entre amostras de A. acidoterrestris e Escherichia coli. Deste modo, este bioeletrodo apresenta-se como a primeira plataforma de detecção eletroquímica do DNA genômico de A. acidoterrestris na literatura científica. / In this work a polymeric nanocomposite of reduced graphene oxide and poly (3- hydroxybenzoic acid) was developed for the modification of graphite electrodes, aiming the development of a genossensor for the detection of the Alicyclobacillus acidoterrestris genomic DNA. This bacterium is associated with the spoilage of acidic juices, such as orange juice, of which Brazil is the largest producer in the world. In this context, biosensors appear as fast and easy to handle detection devices, with great potential for use throughout the juice production chain. For the construction of the genosensor, graphene oxide was produced by the modified Hummers method, dripped onto the surface of the graphite electrode and reduced electrochemically. The 3-hydroxybenzoic acid was electropolymerized on this surface containing the nanomaterial. Analyzes by infrared spectroscopy and cyclic voltammetry proved the reduction of graphene oxide. In addition, the electrochemical analysis showed that the nanocomposite produced has higher electronic properties than the polymeric film. On this nanocomposite, an oligonucleotide probe ALIC1, specific for A. acidoterrestris, was immobilized, and was used to detect a complementary target oligonucleotide ALIC2, both directly and indirectly, the latter using the Hoechst 33258 double strand DNA intercalator, by the differential pulse voltammetry (DPV) technique. A cell lysate obtained from an A. acidoterrestris culture was also indirectly detected by DPV, and a calibration curve was constructed. The proposed genosensor presented a limit of detection of 174 ng mL-1 and limit of quantification of 581 ng mL-1, being able to detect the genomic DNA in a real sample of orange juice and to distinguish between the samples of A acidoterrestris and Escherichia coli. Thus, this bioelectrode presents as the first platform of electrochemical detection of the genomic DNA of A. acidoterrestris in the scientific literature. / Dissertação (Mestrado)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this study we investigated the electropolymerization isomers hydroxyphenylacetic acid, for their application in the construction of polymeric systems, by immobilizing synthetics molecules for development of biological sensors. The graphite electrodes electrochemically modified were characterized for morphology and electrochemical behavior showing that the poly(2-hydroxyphenylacetic acid), poly(3-hydroxyphenylacetic acid) and poly(4-hydroxyphenylacetic) are electroactive, and the latter showed a lower yield in electrosynthesis in agreement with the images of atomic force microscopy showed that the surface of graphite electrodes were changed less with this material compared to its isomers. The electrochemical impedance spectra of poly (4-hydroxyphenylacetic acid) showed that this material is more resistive with respect to its other isomers which are more conductive in accordance with the values of current and voltage shown by tests ion exchange the probes positive and negative. The ratio between the masses electrodeposited and the loads required to carry out the redox process these materials remained constant demonstrating that the same number of electrons are involved in reduction and oxidation of these materials according to the diagnostic reversibility applied by cyclic voltammetry are unanimously reversible systems, however poly(3-hydroxyphenylacetic acid) was more stable during repeated cycling electrochemically in perchloric acid. The optimized tridimensional structures justify the electrochemical and morphologic behavior of these three platforms, wherein the poly(2-hydroxyphenylacetic acid) and poly(3-hydroxyphenylacetic acid) have structures with a more ordered arrangement, unlike poly(4-hydroxyphenylacetic acid), which has a rather more disordered structure and therefore more resistive, while isomers are more conductors. The mechanistic proposal begins with the anodic oxidation of monomers whose square wave voltammetry experiments showed the loss of an electron. The couplings between cation radicals promote a formation of ether leaving the acetate groups exposed on the structure. The pairing occurs between the phenolic oxygen and carbon of the aromatic ring whose potential were studied by spin density and consistent with the resonance structures of the cation-radical that are in the suggested mechanisms. In tests incorporation of nitrogenous bases found that poly(3-hydroxyphenylacetic acid) also proved more effective in the retention of the same and for this reason associated with their better electrochemical behavior described above, it was selected among others for applying isomers polimeric systems by immobilizing synthetics molecules by physical adsorption. In the first system froze synthetic oligonucleotides that mimic fragments of DNA from the bacterium Neisseria meningitidis able to recognize their genomic DNA in samples of pure cultures by differential pulse voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy, and this latter showed a better response sensitivity signal in relation to the increasing concentration of the target. In the second system, there immobilization of synthetic peptides compatible to the cell membrane of Anaplasma marginale able to selectively recognize antibodies in their sera samples from cattle. The images made by atomic force microscopy of the two procedures backing the effective recognition of both polimeric systems developed for the detection of Neisseria meningitidis and Anaplasma marginale bacteria causing bacterial meningitis and bovine anaplasmosis, respectively. / Neste trabalho foi investigada a eletropolimerização dos isômeros do ácido hidroxifenilacético, visando sua aplicação na construção de sistemas poliméricos, através da imobilização de moléculas sintéticas para o desenvolvimento de sensores biológicos. Os eletrodos de grafite eletroquimicamente modificados foram caracterizados quanto à morfologia e o comportamento eletroquímico, evidenciando que o poli(ácido 2-hidroxifenilacético), poli(ácido 3-hidroxifenilacético) e poli(ácido 4-hidroxifenilacético) são eletroativos, sendo que este último apresentou um menor rendimento em massa na eletrossíntese, em concordância com as imagens de microscopia de força atômica, que mostraram que a superfície dos eletrodos de grafite foram menos alteradas com este material em relação aos seus isômeros. Os espectros de impedância eletroquímica do poli(ácido 4-hidroxifenilacético), mostraram que esse material é mais resistivo em relação aos seus outros isômeros que são mais condutores em concordância com os valores de corrente e potencial evidenciados nos ensaios de troca iônica nas sondas positiva e negativa. A relação entre as massas eletrodepositadas e as cargas necessárias para realizar o processo redox nestes materiais foi constante, indicando que o mesmo número de elétrons está envolvido na oxidação e redução destes materiais, que se comportaram como sistemas reversíveis segundo os diagnósticos de reversibilidade aplicados por voltametria cíclica, todavia o poli(ácido 3-hidroxifenilacético) mostrou-se mais estável eletroquimicamente durante sucessivas ciclagens em ácido perclórico. As estruturas tridimensionais otimizadas justificam o comportamento eletroquímico e morfológico destas três plataformas, em que os poli(ácido 2-hidroxifenilacético) e poli(ácido 3-hidroxifenilacético) apresentam estruturas com um arranjo mais ordenado e por isso são mais condutores ao contrário do poli(ácido 4-hidroxifenilacético) que tem uma estrutura mais desordenada, e por isso mais resistiva. A proposta mecanística inicia-se com a eletrooxidação dos monômeros, cujas investigações experimentais por voltametria de onda quadrada, mostraram a perda de um elétron. Os acoplamentos entre os cátions radicais promovem uma formação de éter deixando os grupos acetato expostos na estrutura. O emparelhamento ocorre entre o oxigênio fenólico e carbonos do anel aromático, cujas possibilidades foram estudadas pela densidade de spin e concordantes com as estruturas de ressonância dos cátions-radicais que estão nos mecanismos sugeridos. Nos testes de incorporação de bases nitrogenadas, verificou-se que o poli(ácido 3-hidroxifenilacético) mostrou-se mais eficiente na retenção das mesmas e por este motivo associado ao seu melhor comportamento eletroquímico, foi selecionado dentre os outros isômeros como o sistema polimérico mais adequado para aplicação nas detecções, através da imobilização por adsorção física de moléculas sintéticas de reconhecimento. No primeiro sistema, imobilizou-se oligonucleotídeos sintéticos compatíveis a fragmentos de DNA da bactéria Neisseria meningitidis, capazes de reconhecer seu DNA genômico em amostras por voltametria de pulso diferencial e espectroscopia de impedância eletroquímica, sendo que esta última mostrou uma melhor sensibilidade de resposta de sinal em relação ao aumento de concentração do alvo. No segundo sistema, ocorreu a imobilização de peptídeos sintéticos compatíveis à membrana celular da Anaplasma marginale, capazes de reconhecer seletivamente seus anticorpos em amostras de soros sanguíneos bovinos. As imagens feitas por microscopia de força atômica, respaldam o reconhecimento eficaz de ambos os sistemas poliméricos desenvolvidos para detecção das bactérias Neisseria meningitidis e Anaplasma marginale, causadores de meningite bacteriana e anaplasmose bovina, respectivamente. / Doutor em Química