Ao longo dos anos a medicina vem se desenvolvendo rapidamente e junto com ela desenvolvem-se os métodos e processos de diagnósticos. Estes métodos ficam mais rápidos, precisos e cada vez menos invasivos graças ao desenvolvimento de dispositivos diagnósticos a cada dia menores e que produzam respostas confiáveis. Os biossensores são, sem dúvida, os grandes responsáveis pela miniaturização, barateamento e rapidez de diversos métodos diagnósticos e procedimentos clínicos utilizados diariamente. Dentre os diferentes tipos de biossensores existentes, destacamos os biossensores embasados em transistores de efeito de campo (FETs), mais precisamente os biossensores a base de transistor de efeito de campo de porta estendida (EGFET). Analisamos nesse trabalho os procedimentos de medida utilizando filmes finos de óxido de estanho dopados com flúor (FTO) como membrana sensível a íons H+ acoplados à porta de um EGFET, que podem servir de base para a construção de um biossensor no futuro. Já existem artigos na literatura atual que fazem uso de FTO como membrana sensível a íons H+ e OH-. Entretanto, nenhum dos artigos disponíveis faz um bom controle de alguns parâmetros, em alguns casos relativamente simples, ou se fazem não deixam claro de que maneira estão controlando esses parâmetros. Tais parâmetros são de fundamental importância na resposta final dos sensores uma vez que eles interferem significativamente no sinal dos mesmos. Mostramos no presente trabalho que parâmetros como a luz, a sequência em que os pHs são medidos pela amostra, o procedimento de limpeza das amostras e até as características morfológicas das amostras são importantes no processo de adsorção e retirada de íons da superfície da membrana. Mostramos também que cada amostra necessita uma rotina diferente quanto à sequência de medidas e até mesmo procedimentos de limpeza para que seu rendimento seja máximo, e como diferentes amostras evoluem ao longo do tempo. Como solução aos problemas citados, descrevemos o uso correto de duas amostras que apresentaram reprodutibilidade em seus dados e invariância entre os resultados coletados por diferentes sequências de medidas. Por fim, deixamos uma proposta sobre a dinâmica que ocorre durante os processos de adsorção e retirada de íons H+ e OH- na superfície dos filmes. Com base em nossa proposta fizemos cálculos teóricos estimados da quantidade de cargas que são adsorvidas na superfície do filme para as diferentes situações encontradas durante os experimentos. / Over the years the medicine has been developing rapidly and along with it develop methods and diagnostic procedures. These methods become faster, more accurate and less invasive thanks to the development of diagnostic devices each day minors and producing reliable answers. The biosensors are undoubtedly the major responsible for miniaturization, cheaper and rapidity of various diagnostic methods and clinical procedures used every day. Among the different types of existing biosensors, we highlight the biosensors grounded in field effect transistors (FETs), more precisely the biosensor based in extended gate field effect transistor (EGFET). We analyzed on this work measurement procedures using tin oxide thin films doped with fluorine (or fluorine tin oxide FTO) as sensitive the membrane to H+ ions bounded to the gate of an EGFET, which can serve as a basis for building a biosensor in the future. Articles has already been written reporting the use of the FTO as sensitive membrane to ion H+ and OH-. However, none article available makes a good control of some parameters, in some cases relatively simple, or if they do not make it clear the way they are controlling these parameters. These parameters are of crucial importance in the final response of the sensors since they interfere significantly in signal of the sensors. So, we shown in this work, which parameters as light, the sequence in which the pHs are measured by the sample, the cleaning procedure of samples and even the morphological characteristics of the samples are important in the process of adsorption and ion withdrawal of membrane surface. We shown also that each sample requires a different routine on the following measures and even cleaning procedures for your maximum income is, and how different samples evolve over time. As a solution to the problems cited, we describe the correct use of two samples that showed reproducibility in your data and invariance between the results collected by different sequences of measures. Finally, we leave a proposal on the dynamics that occurs during adsorption processes and withdrawal ion H+ and OH- on the surface of the films. Based on our proposal did theoretical calculations estimated quantity of loads that are adsorb on the surface of the film for the different situations encountered during experiments.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de biossensores eletroquímicos baseados na imobilização de duas enzimas diferentes em filmes de polipirrol (PPI) eletrodepositados, a fitase e a polifenol oxidase (PFO), esta última na forma de extrato bruto do fruto de abacate. Como a fitase hidrolisa cataliticamente ácido fítico (AF) em íons fosfatos, foram preparados biossensores por imobilização da enzima sobre filmes de PPI para a detecção indireta de ácido fítico via íons fosfatos. Foram utilizados dois métodos de imobilização; no primeiro, a enzima, fitase, foi imobilizada ao filme de PPI por imersão do filme em uma solução contendo a enzima por um período de 2 h, no segundo, a fitase foi encapsulada em lipossomos de dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e depois foi imobilizada nos filmes de PPI depositados em eletrodos impressos. O segundo método se mostrou melhor para a detecção de ácido fítico, pois levou a um maior alcance linear e um baixo valor de limite de detecção. Neste caso, verificou-se que o DPPG preservou a integridade enzimática e levou a biossensores mais estáveis e sensíveis. Já para a PFO, que catalisa a oxidação de compostos fenólicos a quinonas, foram preparados biossensores para a detecção indireta de catecol. Para esta enzima, foram utilizados três métodos de imobilização: adsorção, ligação cruzada e confinamento, sendo o último que levou a melhores respostas. O método de confinamento consiste na adição da enzima, juntamente com o monômero, à solução de eletropolimerização, quando se procede com a metodologia normal de preparo dos filmes de PPI, que foram caracterizados por: microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de reflexão e absorção no infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS). Estas técnicas de caracterização permitiram com que a presença da enzima fosse associada às modificações das características estruturais e morfológicas dos filmes de PPI. / This doctoral thesis reports on the development of electrochemical biosensors based on the immobilization of enzymes phytase and polyphenol oxidase (PPO) (the latter in the form of crude extract of avocado fruit) on electrodeposited polypyrrole films (PPY). As phytase catalytically hydrolyzes phytic acid (PA) in phosphate ions, biosensors were prepared by its immobilization on PPY films for the indirect detection of PA via phosphate ions. In the first method the enzyme was maintained on the PPY film for a period of 2 h, whereas in the second, it was encapsulated in Dipalmitoyl Phosphatidyl glycerol (DPPG) and immobilized on printed electrodes. The second system proved more viable for the detection of PA and showed broader linear range and low detection limit because DPPG preserved the integrity of the enzyme and produced more stable and sensitive biosensors. Regarding PPO, which catalyzes the oxidation of phenolic compounds to quinones, biosensors for the indirect detection of catechol via the formation of quinone in solution were prepared. Three methods of immobilization were used: adsorption, cross-linking and confinement. The latter yielded favorable results in comparison to other methods. The films were characterized by atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) spectroscopy, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and reflection absorption and infrared polarization modulation (PM-IRRAS) techniques and revealed the presence of the enzyme and a modification in the structural characteristics and morphology of the films.

Nanotubos de Carbono (Carbon Nanotubes - CNTs) são nanoestruturas de carbono na forma de tubos cilíndricos que apresentam excelentes propriedades ópticas, elétricas, térmicas e mecânicas. A imobilização dos CNTs em conjunto com polieletrólitos condutores e naturais na forma de filmes ultrafinos, utilizando a técnica automontagem, apresenta uma nova alternativa para o desenvolvimento de nanocompósitos aplicados em dispositivos sensores e biossensores. Neste trabalho de mestrado foram construídos e estudados filmes automontados contendo CNTs funcionalizados com grupos ácidos carboxílicos e imobilizados com os polieletrólitos polianilina (PANI) e quitosana (QUIT). Também foram fabricados para comparação filmes de PANI e poliestireno sulfonado (PSS). O crescimento dos filmes de PANI/CNT e PANI/PSS revelou um crescimento linear com o número de bicamadas, conforme mostraram as medidas de espectroscopia UV-Vis e voltametria cíclica (CV), enquanto que para o filme de QUIT/CNT, as medidas de microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostraram um crescimento exponencial. Análises de espectroscopias Raman e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) indicaram alterações nas bandas características dos filmes, comparadas com seus materiais precursores, indicando interação entre os componentes nas multicamadas dos filmes. Análises morfológicas obtidas por AFM mostraram um aumento da rugosidade com o aumento do número de bicamadas. O mapeamento Raman revelou que os filmes contendo CNTs apresentaram maior heterogeneidade química na superfície do que aos filmes somente com polieletrólitos. Foi observada uma queda na resistividade dos filmes, com o aumento do número de bicamadas, sendo esta, mais acentuada com a presença dos CNTs. Os eletrodos contendo os filmes automontados apresentaram alta estabilidade eletroquímica, a presença dos CNTs aumentou a intensidade das correntes de pico e tornou os sistemas mais reversíveis. Os eletrodos que se mostraram mais sensíveis à detecção de peróxido de hidrogênio foram selecionados para imobilização da enzima Glicose Oxidase (GOx). Foram investigados os seguintes sistemas biossensores: (PANI/CNT)7, (PANI/PSS)1 e (QUIT/CNT)5 apresentando na mesma ordem: valores de sensibilidades de 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) e 220 nA/(mmol/L); Limite de detecção de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L, e valores deconstante de Michealis-Menten(\'K IND.M\'POT.APP\' ) de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L. Os resultados indicam que a utilização dos CNTs é bastante promissora para fabricação de dispositivos biossensores para aplicação em Nanomedicina, e além disso, a escolha dos componentes para formação dos nanocompósitos exerce grande influência no desempenho do dispositivo. / Carbon Nanotubes (CNTs) are cylindrical carbon nanostructures exhibiting excellent electrical, thermal, optical and mechanical properties. The immobilization of CNTs in nanostructured thin films in conjunction with polymers using the Layer-by-Layer (LbL) technique provides a new alternative for development of nanocomposites to be used as sensors and biosensors. In this study we report the fabrication of LbL films containing CNTs functionalized with carboxylic acid immobilized in conjunction with polyaniline (PANI) or chitosan (QUIT). Films comprising PANI and sulfonated polystyrene (PSS) were also produced for comparison. Film growth was monitored by UV-Vis spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and quartz crystal microbalance (QCM) and the results showed a linear increase with the number of bilayers in PANI films, and an exponential growth for QUIT/CNT films. FTIR and Raman analyses revealed changes in the bands of nanocomposites compared to their precursor materials, indicating the interactions between the components in the multilayers. Morphological analysis of the films obtained by atomic force microscopy (AFM) showed that the roughness of the films increased with the number of bilayers. Raman mapping showed that the presence of CNTs generated a high heterogeneity in film surface in comparison to a films formed only by polyelectrolytes. Electrical resistivity of the films decrease upon increasing the number of bilayers, especially for CNTs-containing films. Furthermore, electrodes containing LbL films exhibited high electrochemical stability, in which the presence of CNTs increased the intensity of response signal. The electrodes that exhibited best performance toward hydrogen peroxide detection were employed for immobilization of glucose oxidase (GOx) and used as glucose biosensors. The systems (PANI/CNT)7, (PANI/PSS) 1 and (QUIT/CNT)5 exhibited a sensitivity of 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) and 220 nA/(mmol/L), respectively. The detection limit was estimated at 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8,5 mmol/L, whereas the Michaelis-Menten constant ( \'K IND.M\'POT.APP\') values was found to be 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8.5 mmol/L, respectively, to the three systems employed. The results indicated that the use of CNTs in Layer-by-layer thin films is promising for use as biosensors. Furhtermore, we showed that the choice of the polyelectrolyte is a crucial parameter to tailor specific, high performance sensors.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-06-02T14:36:17Z No. of bitstreams: 1 Gustavo Alves do Nascimento.pdf: 1681544 bytes, checksum: acfb4a02e8653a17d32122ce9e6a41e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-02T14:36:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gustavo Alves do Nascimento.pdf: 1681544 bytes, checksum: acfb4a02e8653a17d32122ce9e6a41e5 (MD5) Previous issue date: 2011-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The bovine papillamatosis is a disease caused by papillomavirus that can generate damage for producers and farmers. In extreme cases it can affect all the herd. Diagnostic methods for bovine papillomavirus are essential to the sector because traditional methods of morphological observations are not very effective. The use of devices technological to recognize specific biological molecules may help treatment and prevention of bovine viral diseases. The biosensor incorporates a biological recognition element through electrochemical reactions that generate electrical signals that can be quantified and interpreted. Thus, this work aimed to develop molecular diagnostic methods for detection of bovine viral diseases through the construction of biosensors. One of the biosensor was constructed from pencil graphite type 4B and the other model biosensor was composed to three screen-printed electrodes. In both biosensors proposed, a DNA probe specific for the BPV was immobilized on the working electrode by electrodeposition or by adsorption and then a target sequence was hybridized with the probe immobilized. The hybridization redox signals were analyzed using differential pulse voltammetry. The results showed that biosensors could differentiate hybridization of non-hybridization. The hybridization occurrence showed decrease on the redox signal and represented the positive diagnostic for BPV infection. The two biosensors (pencil graphite and screen-printed electrodes) showed high sensitivity which detection limits were 3.84 nM and 4.35 nM, respectively. The biosensor also detected viral DNA extracted from bovine blood using screen-printed electrodes. The data obtained with the biosensors showed viability for the diagnosis of various bovine papillomavirus types, thereby allowing the development of a new portable detection system for viruses. / Enfermidades virais bovina, com destaque para o papilomatose bovina, trazem prejuízos para os produtores, podendo acometer todo o rebanho. Métodos de diagnósticos para o papilomavírus bovino (BPV) vêm sendo indispensáveis para o setor, pois os métodos tradicionais de observação morfológica são pouco eficazes. O uso de dispositivos capazes de reconhecerem moléculas biológicas específicas, como os biossensores, pode auxiliar no tratamento e prevenção de doenças virais bovina. O presente trabalho visou o desenvolvimento de métodos diagnósticos para detecção molecular de enfermidades bovinas de origem viral através da construção de biossensores. Um dos biossensores foi construído a partir de lápis grafite tipo 4B e outro modelo de biossensor foi constituído por eletrodos impressos. Nos dois biossensores propostos, um sonda de DNA específica para o BPV foi imobilizada no eletrodo de trabalho por eletrodeposição ou por adsorção e em seguida uma sequência alvo foi hibridizada com a sonda imobilizada. Os sinais redox da hibridização foram analisados pela técnica de voltametria de pulso diferencial. Os resultados mostraram que os biossensores puderam diferenciar a hibridização da não-hibridização. A ocorrência da hibridização apresentou diminuição no sinal redox e representou a positividade para a infecção do BPV. Os dois biossensores propostos (lápis grafite e eletrodos impressos) apresentaram elevada sensibilidade cujos limites de detecção foram 3,84 nM e 4,35 nM, respectivamente. O biossensor detectou também DNA viral extraído a partir de sangue bovino utilizando os eletrodos impressos. Os dados obtidos com os biossensores mostraram viabilidade para o diagnóstico de vários tipos de papilomavírus bovino, permitindo com isso o desenvolvimento de um novo sistema de detecção portátil para os vírus.

A utilização descontrolada de pesticidas tem provocado no decorrer dos anos a intoxicação de milhares de pessoas no mundo, uma vez que, seus resíduos têm sido depositados em alimentos, em solos e em ambientes aquáticos. Assim, a construção de duas novas plataformas sensoras para a detecção de pesticidas é o objetivo desse trabalho. Na primeira plataforma foi utilizado o polieletrólito catiônico polietilenoimina (PEI) em conjunto com o polissacarídeo extracelular algal (PSE) produzido pela microalga criptofícea Cryptomonas tetrapirenoidosa preparados através da técnica de deposição \"spin-coating\". E a segunda plataforma foi produzida por eletrodeposição pulsada, entre um potencial de redução e um de oxidação, utilizando nanoestruturas de óxido de zinco (ZnO). Para caracterizar as plataformas, foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura com fonte de emissão de campo (FEG-SEM), difração de raios X (XRD), espectroscopia de absorção ultravioleta-visível (UV-Vis), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de reflexão-absorção no Infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS). Através da imobilização da enzima polifenol oxidase na forma de extrato bruto em sua fonte natural (fruto abacate), as plataformas de PEI/PSE e ZnO, foram avaliadas como biossensores de catecol e do inseticida carbaril. De modo comparativo, as plataformas de PEI/PSE sem a presença imobilizada da enzima também foram estudadas para a detecção do catecol e do carbaril. A simplicidade na formação e na construção dessas plataformas vem qualificá-las como viáveis a serem produzidas em escala industrial e com baixo custo de processamento. E diante dos resultados obtidos no desenvolvimento desses biossensores destaca-se a eficiência e a rapidez de detecção, o que os tornam economicamente promissores e competitivos em termos de aplicações ambientais. / The uncontrolled use of pesticides has resulted over the years the intoxication of thousands of people in the world, since their waste has been deposited in food, in soil and aquatic environments. Thus, the construction of two new sensors platforms for pesticide detection is the objective of this work. At first platform was used cationic polyelectrolyte polyethyleneimine (PEI) along with the extracellular algal polysaccharide (EPS) produced by microalgae criptofícea Cryptomonas tetrapirenoidosa prepared by deposition technique \"spin-coating\". The second platform was produced by pulsed electrodeposition between a reduction and an oxidation potential using nanostructures zinc oxide (ZnO). To characterize the platforms, we used the techniques of field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM), X-ray diffraction (XRD), ultraviolet visible absorption spectroscopy (UV-Vis), atomic force microscopy (AFM), and polarization modulation infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS). By immobilization of the polyphenol oxidase enzyme as a crude extract in their natural source (avocado fruit), platforms PEI/PSE and ZnO, they were evaluated as catechol and carbaryl insecticide biosensors. In a comparative way, the platforms PEI/PSE without the presence of immobilized enzyme were also studied for detection of catechol and carbaryl. The simplicity in the formation and construction of these platforms comes qualify them as viable to be produced on an industrial scale and low cost processing. And on the results obtained in the development of such biosensors stand out the efficiency and speed of detection, which make them economically promising and competitive in terms of environmental applications.

Neste trabalho são apresentados resultados relacionados a estudos sobre o comportamento eletroquímico do lactato e do peróxido de hidrogênio em diversos eletrodos em meio de diferentes pHs utilizando voltametria cíclica. Também foi investigado o comportamento eletroquímico do peróxido de hidrogênio em eletrodos modificados com filmes de hexacianoferratos utilizando eletrodos de platina e carbono vítreo. A vantagem do uso do CTAB na modificação da superfície de carbono vítreo com Azul da Prússia foi confirmada no que se refere à melhora da sensibilidade e da estabilidade das medidas. Numa etapa posterior desenvolveu-se um biossensor para a determinação de lactato pelo monitoramento de peróxido de hidrogênio produzido na reação catalisada de 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 (pH, quantidade de enzima, volume da amostra e vazão) para obtenção de maior sinal analítico no desenvolvimento do método para a determinação de lactato por análise em fluxo, averiguou-se a repetibilidade das medidas (Clactato = 0,28 mmol L-1) obtendo-se um desvio padrão de 2,2% para 18 repetições. A freqüência analítica foi estimada em 160 injeções por hora com limite de detecção de 0,84 µmol L-1 e linearidade até 0,28 mmol L-1 de lactato. O biossensor foi aplicado na quantificação de lactato em amostras alimentares (cervejas alcoólicas e não alcoólicas) e biológicas (sangue liofilizado e recém coletado). Por fim, realizaram-se estudos envolvendo a variação da concentração de lactato sanguíneo em função da intensidade de atividade esportiva. Os resultados obtidos pelo método proposto foram comparados com aqueles oriundos do uso de método de referência. / Results on the investigation of the electrochemical behavior of lactate and hydrogen peroxide at various electrodic surfaces at different pHs using cyclic voltammetry are presented. Experiments were also carried out with platinum and glassy carbon electrodes modified with hexacyanoferrate films. The advantage of using CTAB in the electrodeposition step of Prussian Blue films onto glassy carbon surfaces was confirmed taking into account both the stability and sensitivity of measurements. The immobilization of lactate oxidase onto glassy carbon electrodes modified with a Prussian Blue layer using Nafion® was performed to fabricate a biosensor for lactate. The biosensor was used in the development of a FIA amperometric method for the determination of lactate. Under optimal operating conditions (pH = 6.9, E = -0.1 V), the linear response of the method was extended up to 0.28 mmol L-1 lactate with a limit of detection of 0.84 µmol L-1. The repeatability of the method for injections of a 0.28 mmol L-1 lactate solution was 2.2 % (n = 18). The analytical frequency was calculated as 160 injections h-1. The usefulness of the method was demonstrated by determining lactate in beer (alcoholic and nonalcoholic beers) and blood samples (lyophilized and freshly collected). Finally, the influence of physical exercise on the blood lactate level was studied. Results obtained by using the proposed amperometric detector compared well with the reference method.

Sensores são dispositivos capazes de captar um determinado sinal físico -químico do meio e converte-lo num sinal elétrico mensurável por meio de um transdutor. Biossensor é um sensor que tem como parte funcional um receptor biológico específico a determinado analito alvo. Os sinais físico-químicos experimentados por estes dispositivos são convertidos em sinais elétricos de magnitude proporcional à concentração de um ou mais compostos químicos. Neste trabalho, foi construído um sensor de pH utilizando filmes finos comerciais de óxido de estanho dopado com flúor (FTO) como receptor a íons. O sensor foi feito ligando-se amostras de FTO ao terminal de porta de um transistor de efeito de campo do tipo MOS (Metal Oxide Semiconductor). Quando colocado em solução, os íons presentes interagem com a amostra sendo adsorvidos na superfície do filme de FTO. O potencial gerado pelos íons adsorvidos modulam a tensão na porta do transistor e, desta maneira, pode -se determinar a concentração dos íons presentes na solução de acordo com a magnitude da resposta do transistor. A este tipo de dispositivo dá -se o nome de EGFET (Extended Gate Field Effect Transistor). O EGFET construído apresentou responsividade de 55 mV/pH e resposta linear em soluções de pH 2 ao 12. Através de técnicas de imobilização enzimática foi possível ligar covalentemente proteínas urease sobre a superfície dos filmes de FTO, convertendo o sensor de pH em biossensor de ureia. Soluções tampão com diferentes pHs e concentrações foram testadas e determinou -se que as condições ideais para o uso deste biossensor de ureia são soluções tampão com pH = 6 e concentração de 10mM. Nessas condições, o biossensor apresentou uma responsividade de 114,5 mV/p(ureia) e linearidade no intervalo de concentrações de ureia entre 3,2.10 -4 e 3,2.10 -2 mol/L. / Sensors are devices capable of capturing a certain physical-chemical signal from environment and convert it into a measurable electrical signal by a transducer. Biosensor is a sensor which has a biological sensing element as receptor specific to a particular target analyte. The physical-chemical signals experienced by these devices are converted into electrical signals with magnitude proportional to the concentration of one or more chemical compounds. In this work, we built a pH-sensor using commercial thin films of tin oxide doped with fluorine (FTO) as ions receptor. The sensor was made by linking FTO samples to the gate of a field effect transistor MOS type. In solution, the ions interact with the sample being adsorbed on the surface of FTO film. The potential generated by the ions adsorbed on film\'s surface modulate the gate voltage of the transistor and, in this way, we can determine the concentration of ions present in solution correlated with the magnitude of the transistor response. This kind of device is given the name of EGFET (Extended Gate Field Effect Transistor). The EGFET built exhibits sensitivity of 55 mV/pH and linear response in the range of pH 2 to 12. Through enzyme immobilization techniques we could covalently bind urease proteins on the surface of FTO film, changing the pH-sensor in urea biosensor. Buffer solutions with differents pHs and concentrations were tested and was determined that optimal environment conditions for this urea biosensor is buffer solutions with pH = 6 and 10mM of concentration. Under these conditions, the biosensor showed sensitivity of 114.5 mV/p(urea) and linear response in the range of 3,2.10 -4 to 3,2.10 -2 mol/L

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao ROMARIO CARDOSO LEAL.pdf: 798979 bytes, checksum: e76a848f0d3248e1d3991a88a96c4edf (MD5) Previous issue date: 2014-07-10 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / A biossensor was developed for determination of triglycerides in biodiesel. The biossensor was prepared by immobilizing peroxidase obtained from a crude extract of zucchini on carbon paste. Studies was realized with intention to optimization experimental condition, including, graphite:mineral oil ratio, concentration of immobilized enzymes and stability for the biosensor and pH studies, working potential and concentration of the mediator to bulk solution. The best ratio found was 75:25 graphite:mineral oil and 212 U.mLˉ¹ to biosensor. The best response wasobserved at pH 6.5, working potential -0.075 V and 272.4 μmol/L of mediator hydroquinone. The sample was prepared by extracting biodiesel present in the sample in a mixture of 0.8 mL of absolute ethanol, 0.8 ml of distilled water and 1.6 ml of heptane and triglyceride after separation of the phases, an aliquot of 1 ml of enzyme reagent was added to an aliquot of 0.3 ml of the organic phase for the conversion of the triglyceride to hydrogen peroxide. The hydrogen peroxide formed was extracted using 6 mL of phosphate buffer 0.1 mol Lˉ¹ pH 6.5 and 9 ml of chloroform. Then, the mediator hydroquinone was added to the solution and measured the concentration of hydrogen peroxide present in the sample in triplicate. The analytical curves showed good linearity in the range up to 281 mmol.Lˉ¹ with a coefficient of linearity (r) = 0.998. The biosensor showed to be very sensitive to the analyte with the values for the limit of detection and quantification 1.98 x10ˉ⁹ mol Lˉ¹ and 5.93 x10ˉ⁹ mol Lˉ¹ respectively. / Um biossensor foi desenvolvido para a determinação de triglicerídeos em biodiesel. O biossensor foi preparado através da imobilização de peroxidase obtida de um extrato bruto de abobrinha em pasta de carbono. Foram realizados estudos visando otimizar as condições experimentais, dentre eles, proporção grafite:óleo mineral, concentração de enzimas imobilizadas e estabilidade para o biossensor e estudos de pH, potencial de trabalho e concentração do mediador para o meio. Para o biossensor a melhor proporção encontrada foram 75:25 grafite:óleo mineral e 212 U.mLˉ¹. A melhor resposta do biossensor foi observada em pH 6,5, no potencial de trabalho -0,075 V e 272,4 μmol/L do mediador hidroquinona. A amostra foi preparada através da extração do triglicerídeo presente na amostra biodiesel em uma mistura de 0,8 mL de etanol absoluto, 0,8 mL de água destilada e 1,6 mL de heptano e após a separação das fases, uma alíquota de 1 mL do reativo enzimático foi adicionado em uma alíquota de 0,3 mL da fase orgânica para a conversão do triglicerídeo em peróxido de hidrogênio. O peróxido de hidrogênio formado foi extraído usando 6 mL de solução de tampão fosfato 0,1 mol.Lˉ¹ pH 6,5 e 9 mL de clorofórmio. Em seguida, o mediador hidroquinona foi adicionado à solução e medido a concentração de peróxido de hidrogênio presente na amostra em triplicata. A curva analítica construída apresentou boa linearidade no intervalo de concentração até 281 mmol.Lˉ¹ com coeficiente de linearidade (r) = 0,997. O biossensor mostrou-se bastante sensível ao analito com os valores para o limite de detecção e quantificação 1,98 x10ˉ⁹ mol.Lˉ¹ e 5,93x10ˉ⁹ mol.Lˉ¹ respectivamente.

Orientador: Lauro Tatsuo Kubota / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T23:55:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miranda_BarbaraSantosde_D.pdf: 3761472 bytes, checksum: d04db9862f7022a5bea49d756efbfdbc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de dois sensores distintos que através da aplicação de nanomateriais em seus sistemas apresentam uma melhora no desempenho. Com o objetivo de estabilizar a fase alfa do hidróxido de níquel, foi proposta uma nova síntese que resultou em um novo material de hidróxido de níquel e nanopartículas de ouro. O do hidróxido de níquel se apresentou com a estrutura alfa desejada, a estrutura e morfologia das nanopartículas de ouro foram preservadas. O material híbrido se apresenta nanoestruturado e sem separação de fases. Sugere-se que este novo material seja formado como um nanocompósito onde as nanopartículas de ouro formam a matriz e o hidróxido de níquel recobre a superfície. A estabilidade do novo material é bem superior que a do hidróxido de níquel puro, quedas de corrente após 50 ciclos consecutivos de 6% contra 50% respectivamente. A atividade eletrocatalítica deste novo nanomaterial foi investigada frente à glicose e a constante eletrocatalítica obtida para o nanocompósito foi cerca de 7 vezes maior que para o hidróxido de níquel puro. A sensibilidade do eletrodo modificado com a-Ni(OH)2/AuNP se manteve similar aos da literatura. O segundo sensor estudado foi a aplicação de nanopartículas fluorescentes como marcadores do imunosensor para a detecção precoce do esporo do fungo da ferrugem asiática da soja. As nanopartículas fluorescentes permitiram alcancar um baixo limite de detecção, 2.2 ng/mL, o menor encontrado na literatura. Além disso, foi investigado outros parâmetros para o desenvolvimento de um dispositivo point-of-care, como o melhor substrato para reter o analito, a membrana de nitrocelulose, se apresentou com as melhores propriedades frente as alternativas. Ainda mais, o dispositivo foi construido para que possa ser utilizado por pessoas não treinadas no campo, em um tempo de análise menor que ELISA e PCR, sem o uso de equipamento caros e complicados, usando somente uma lâmpada de UV simples como fonte de excitação e a visualização do sinal a olho nu com um limite de detecção de apenas 300 esporos, o que e ainda dez vezes mais baixo que o atual teste comercial. / Abstract: This work presents the development of two distinct sensors that have shown great improvements in their performance trough nanoparticle application in their systems. The first study aims to stabilize the nickel hydroxide alpha structure for future carbohydrate detection. We proposed a new synthesis, which resulted in a nickel hydroxide and gold nanoparticle hybrid material. The new material has the expected nickel hydroxide alpha structure, maintains gold nanoparticle¿s structure and morphology and allows a simple electrode modification. We suggest that the new material is a nanocomposite where gold nanoparticles are the matrix while the nickel hydroxide cover the surface. The new material has higher stability properties than the pure nickel hydroxide, after 50 cycles the current decreased 6 and 50% respectively. In addition, an improvement was observed in the catalytic constant, approximately 7 times bigger than plain nickel hydroxide. Although the new material showed these good improvements, the electrode sensitivity did not differ from other studies in the literature. The second study presented comprehends the application of fluorescent nanoparticles as markers of an immunosensor for early diagnosis of Asian soybean rust spore. The use of these nanoparticles resulted in a very low limit detection sensor, 2.2 ng/mL, the lowest ever found in the literature. Moreover, others parameters were investigated in order to develop a point-of-care device, as the substrate to retain the analyte for the assay. Furthermore, the device was built in order to be used by the farmer himself, in loco, fast, without expensive equipment, a UV lamp as an excitation source and the signal is visible to naked eye. The visual detection limit is around 300 spores, which is tenfold lower than the available commercial kit. / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Le travail de thèse a consisté à développer des voies originales de microfabrication pour laconception d’électrodes qui pourront être utilisées dans un biocapteur basé sur unetransduction électrochimique. Une des perspectives étant de pouvoir intégrer ce type decapteur dans un microsystème analytique à base microfluidique, nous avons fait le choix duverre comme matériau de base. Par ailleurs, nous avons privilégié les technologies de« lithographie douce » au détriment de voies classiques telles que la photolithographie afin derendre inutile l’accès à des salles à environnement contrôlé ou l’utilisation d’appareillagessophistiqués.Lors de ce travail, nous avons plus particulièrement travaillé sur le développement deméthodes combinant la technique de microtamponnage et la métallisation chimique de typeautocatalytique (electroless). Cette métallisation nécessitant des surfaces catalytiques pourfaire croître la couche métallique, nous avons développé des méthodes de traitements desurface afin de rendre le substrat de base catalytique sur toute sa surface. La technique demicrotamponnage a ensuite été utilisée afin de passiver les zones où la métallisation n’est pasdésirée et cela a mené à des microstructures métalliques en surface du verre présentant peu oupas de défauts. Notre approche nous a conduit à utiliser plusieurs types de catalyseurs sous laforme de nanoparticules métalliques à base d’argent, d’or ou de palladium et nous avonsdiscuté les différences entre les méthodes basées sur ces différents catalyseurs.Une autre voie a consisté à graver de façon localisée des couches minces métalliquesuniformes en protégeant les zones ne devant pas être gravées par la technique demicrotamponnage. Ceci a permis le développement de deux voies originales demicrostructuration sur couches minces métalliques uniformes (d’une part le pelage sélectif etd’autre part le procédé à double inversion).Dans l’ensemble de nos travaux, des caractérisations d’extrême surface par les techniquesSEM, AFM, ToF-SIMS, XPS et de mouillabilité ont été menées afin d’optimiser ledéveloppement des différents procédés. / This thesis work consisted in the development of original strategy for the microfabrication ofelectrodes which could be used in a biosensor as an electrochemical transducer. One of theprospects of this work is to insert this type of sensor into a microfluidic chip, We have madethe choice of using glass as a substrate. Moreover, we have favoured soft lithographictechnologies at the expense of conventional strategy like photolithography.In this work, we mainly worked on the development of methods which combines microcontact printing and autocatalytic metallisation (electroless). As this type of metallisationneeds catalytic surfaces to grow the metallic layer, we developed surface treatments methodsto make the surface of the substrate catalytic for the metallisation. To follow, the microcontact printing technique has been used to passivate areas where metallisation should notoccur and this leads to metallic microstructure with very few defects. Our approach leads uson the use of different catalyst like gold, silver or palladium nanoparticles and we havediscussed differences between the different methods.Another strategy consisted in the selective etching of thin metallic layer. Areas not to be etchare protected by the micro contact printing technique. This leads to the development of twooriginal strategies of microfabrication on thin metallic layer.In the whole work, extreme surface characterisation like SEM, AFM, ToF-SIMS, XPS andwettability have been carried out in order to optimize the development of the differentmethods.