Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-10-17T13:06:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Giselle BANCA.pdf: 2438394 bytes, checksum: 8b3d0cc9d7991a7ac011cdf4cdccabaf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-17T13:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Giselle BANCA.pdf: 2438394 bytes, checksum: 8b3d0cc9d7991a7ac011cdf4cdccabaf (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / FACEPE / A esquistossomose é um sério problema de saúde pública, é uma doença negligenciada e intimamente relacionada com baixos índices de desenvolvimento social. Neste trabalho, foi realizada uma detecção eletroquímica de DNA Schistosoma mansoni com base em uma monocamada auto-montada de ácido mercaptobenzóico (MBA) imobilizando nanoestruturas compostas por nanopartículas de ouro (AuNPs) e nanopartículas de magnetita (Fe3O4_NPs). Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e voltametria cíclica (CV) foram utilizadas para monitorar o evento de bioreconhecimento do sistema de MBA-Fe3O4_NPs-AuNPs-DNAsonda revela uma resposta eletroquímica eficaz indicando a modificação da superfície. O biosistema proposto foi capaz de reconhecer sequências de nucleótidos específica de S. mansoni presente em amostras de soro e líquido cefalorraquidiano (LCR) em diferentes concentrações de DNA do genoma. O resultado do bioreconhecimento gerou um aumento na resistência de transferência de elétrons e uma diminuição dos picos de corrente em concentrações de DNA durante as medições eletroquímicas. A plataforma desenvolvida mostrou um limite de detecção do DNA de 0,781 e 0,685 pg.μL- 1 para soro e LCR respectivamente. Portanto, o biossensor obtido pode ser considerado como um instrumento útil para a detecção especifica de S. mansoni em baixas concentrações em vários fluidos biológicos. / Schistosomiasis is a neglected disease closely related to the low levels of social development and a serious public health problem. In this work, we performed an electrochemical detection of Schistosoma mansoni DNA with a self-assembled monolayer of mercaptobenzoic acid (MBA) immobilizing nanostructures composed by gold nanoparticles (AuNPs) and magnetite nanoparticles (Fe3O4_NPs). Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Cyclic Voltammetry (CV) were used to monitor the biorecognition event. MBA-Fe3O4_NPs-AuNPs-DNAprobe system reveals an effective electrochemical response indicating the surface modification. The proposed biosystem was capable to recognize specific nucleotide sequence of S. mansoni present in cerebrospinal fluid (CFS) serum samples at different genome DNA concentrations. The biorecognition results in an increase in the electron transfer resistance and a decrease of the current peaks at higher DNA concentrations during electrochemical measurements. The developed platform showed a DNA detection limit of 0.781 and 0.685 pg.μL- 1 for serum and CFS, respectively. Therefore, the obtained biosensor can be considered as a useful tool for specific detection of S. mansoni at low concentrations in various biological fluids.

Orientador: Lauro Tatsuo Kubota / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T19:48:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Passos_RafaelaFernandaCarvalhal_D.pdf: 3256536 bytes, checksum: 0fc4c2467e2c741531641a57e7a10925 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho apresenta o esforço dispendido na construção e caracterização de transdutores eletroquímicos sobre poliéster e papel, e também demonstra o emprego destas células eletroquímicas descartáveis no desenvolvimento de um biossensor para análises rápidas de salicilato em sangue, bem como a criação de um dispositivo de separação associado à detecção eletroquímica em papel. Cada célula eletroquímica é composta por um conjunto de três eletrodos de filmes finos construídos em ouro sobre poliéster ou papel cromatográfico por meio das técnicas de sputtering e electron-beam, respectivamente. Foi realizada a caracterização voltamétrica dos sistemas eletródicos empregando sondas redox como hexacianoferrato(II) de potássio, hexacianoferrato(III) de potássio e ácido ferrocenomonocarboxílico em meio eletrolítico, a fim de verificar a eletroatividade dos mesmos. Foi possível verificar que mesmo apresentando maior área eletroativa, os eletrodos de filmes finos construídos sobre papel apresentam uma menor densidade de corrente para as sondas redox em comparação com a célula eletroquímica construída em poliéster. Isto se deve à retenção das espécies eletroativas na fibra de celulose, fato que diminui a disponibilidade da espécie na superfície eletródica. Foi desenvolvido um biossensor amperométrico para a determinação de salicilato em sangue. O biossensor se baseia no emprego da enzima Salicilato hidroxilase imobilizada sobre a célula eletroquímica plástica. As condições experimentais otimizadas consistem em utilizar uma solução eletrolítica de tampão fosfato em pH 7,6 com 0,5 mmol L de NADH e 300 mV vs. Au como potencial aplicado durante as medidas. O biossensor apresentou adequada sensibilidade (97,4 nA/mmol L de salicilato) e faixa linear de resposta para o analito (1,25 10 to 1,0 10 mol L). O desempenho do biossensor foi verificado na determinação de salicilato em amostras de sangue dopadas com o analito e os resultados foram estatisticamente equivalentes àqueles obtidos com o método espectrofotométrico de Trinder em um nível de confiança de 95%. O dispositivo de separação cromatográfica em papel associado à detecção eletroquímica foi desenvolvido empregando a célula eletroquímica plástica e a célula eletroquímica sobre papel. O desempenho dos dispositivos foi avaliado na separação e quantificação de ácido úrico e áscórbico presentes em mistura. O método desenvolvido é uma alternativa para a determinação de compostos eletroativos em que o baixo custo e a simplicidade são essenciais / Abstract: This paper presents the efforts to the construction and characterization of electrochemical transducers on polyester and paper, and also demonstrates the use of these disposable electrochemical cells in the development of a biosensor for rapid analysis of salicylate in blood as well as the creation of a separation device associated electrochemical detection on paper. Each electrochemical cell consists of a set of three electrodes made of gold thin films on polyester or chromatographic paper using sputtering and electron-beam techniques, respectively. The electrochemical characterization of the systems with redox probes as potassium hexacyanoferrate(II), potassium hexacyanoferrate(III) and ferrocene monocarboxylic acid was performed in the electrolyte solution in order to evaluate the electroactivity of them. It was verified that even with higher electroactive area, the electrodes of thin films built on paper have a lower current density for the redox probes in comparison with the electrochemical cell constructed on polyester. This is due to retention of electroactive species in the cellulose fiber, a fact that reduces the availability of those species on the transducer surface. We developed an amperometric biosensor for the determination of salicylate in blood. The biosensor is based on the use of the salicylate hydroxylase enzyme immobilized on plastic electrochemical cell. The determined optimized experimental conditions are: an electrolyte solution of phosphate buffer at pH 7.6 with 0.5 mmol L of NADH and 300 mV vs. Au as the applied potential during the measurements. The biosensor showed adequate sensitivity (97.4 nA / mmol L salicylate) and linear response range for the analyte (1.25 10 to 1.0 10 mol L). The performance of the biosensor was found in the determination of salicylate in blood samples spiked with the analyte and the results were statistically equivalent to those obtained with the Trinder¿s spectrophotometric method, with a 95% confidence level. Prototypes of microfluidic paper-based separation devices with amperometric detection were developed and evaluated. The chromatographic separation on paper associated with electrochemical detection was developed using the plastic electrochemical cell and the gold electrochemical cell on paper. The performance of both devices was evaluated for separation and quantification of uric acid and ascorbic acid presented in the mixtures. The method is an alternative for the determination of electroactive compounds when low cost and simplicity are essential / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

O trabalho descrito nesta tese mostra a aplicação de um sistema de detecção condutométrica sem contato acoplado capacitivamente (C4D) para monitorar interações biomoleculares em microssistemas analíticos. Inicialmente, o desempenho analítico de microssistemas fabricados em vidro, poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e poliéster-toner (PT) foi avaliado de modo a escolher o melhor material (em termos de facilidades de fabricação, custo e repetibilidade) para os ensaios biomoleculares. Dentre os materiais estudados, os dispositivos fabricados em PT mostraram-se mais adequados para testes rápidos, onde a repetibilidade analítica não é o parâmetro mais importante. Os dispositivos fabricados em PDMS e selados contra uma placa de vidro apresentaram os melhores resultados em termos de repetibilidade e o desempenho analítico foi similar aos dispositivos de vidro. Dessa maneira, os dispositivos fabricados em PDMS/vidro foram escolhidos para a demonstração dos objetivos da tese. Por outro lado, os dispositivos fabricados em PT foram explorados para estudar a configuração geométrica do sistema de C4D. A instrumentação para monitoramento dos ensaios de ligação foi composta basicamente de dois sistemas de C4D, um software escrito em LabVIEW e um sistema de bombeamento das soluções. De modo a encontrar a configuração ideal da cela de detecção, geometrias contendo três, quatro e cinco eletrodos foram avaliadas em dispositivos de PT. A configuração ótima foi composta de três eletrodos, espaçados simetricamente. Nesta geometria, um eletrodo é utilizado para aplicar o sinal senoidal de excitação e os outros dois são utilizados para capturar o sinal resultante. As dimensões dos eletrodos (largura e espaçamento entre eles) foram otimizados usando ferramentas quimométricas. O complexo avidina-biotina foi utilizado como modelo de ligação para mostrar a aplicabilidade do sistema proposto. Para os microssistemas biomoleculares, os eletrodos (com geometria otimizada) foram fabricados sobre a superfície de uma placa de vidro por fotolitografia, sputtering e lift-off. Os eletrodos de detecção foram isolados com uma camada de óxido de silício com espessura de 50 nm, depositada pelo processo de deposição química em fase de vapor assistida por plasma. A camada de SiO2 foi modificada quimicamente com solução de 3-amino-propil-trietóxi-silano em etanol. Para imobilização covalente de biotina, uma alíquota de 10 ?L de fotobiotina dissolvida em água (0,1 mg/mL) foi adicionada à superfície e exposta a radiação ultravioleta (365 nm, 10 mW/cm2) durante 15 min. A detecção foi realizada aplicando um sinal senoidal, a partir de um gerador de funções, ao eletrodo de excitação registrando o sinal resultante nos dois eletrodos receptores. Para minimizar a captura de ruído elétrico, os experimentos foram realizados em uma gaiola de Faraday. O controle e a aquisição de dados foi feito mediante um software escrito em LabVIEW monitorando os sensorgramas de condutividade em tempo real. Os canais microfluídicos foram fabricados em PDMS por litografia suave e selados irrevesivelmente contra a placa de vidro contendo os eletrodos isolados e modificados quimicamente. As soluções (tampão e amostra) foram manuseadas com auxílio de uma bomba peristáltica ou duas bombas seringas. Soluções contendo tampão e avidina foram introduzidas nos microcanais e as mudanças de conductividade foram monitoradas em função do tempo. As soluções contendo avidina permaneceram em contato com a superfície modificada até o sinal de condutividade atingir um patamar de equilíbrio. Depois disso, solução tampão foi introduzida no microcanal para remover os analitos adsorvidos à superfície. Duas válvulas solenóides foram utilizadas para permitir um controle automático da distribuição das soluções nos microcanais. O limite de detecção obtido para a interação entre avidina e biotina foi de 75 nmol L-1. / The study reported in this thesis shows the application of a capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) for monitoring biomolecular interactions on analytical microsystems. Initially, the analytical performance of the microsystems fabricated in glass, poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and polyester-toner (PT) was investigated in order to choose the best material (in terms of fabrication facilities, costs and repeatability) for the biomolecular assays. Among all substrate materials studied, devices fabricated in PT showed suitability for quick experiments, in which the analytical repeatability is not the most important parameter. The devices fabricated in PDMS and sealed against a glass plate presented the best results in terms of repeatability and the analytical performance was similar to that one of glass devices. For this reason, PDMS/glass devices were chosen for showing the goals of this thesis. On the other hand, PT devices were employed to study the geometrical design of the C4D system. The instrumentation for monitoring binding assays was basically composed of two C4D systems, a software written in LabVIEW and a solution pumping system. In order to find the suitable detection cell configuration for this dual-C4D system, designs containing three, four and five electrodes were evaluated on PT devices. The optimal design was composed of three electrodes symmetrically spaced. In this configuration, one electrode is used for applying an excitation sinusoidal wave and the other two for picking up the resulting signal. The dimensions of the electrodes (width and gap) were optimized by chemometric tools. The avidin-biotin complex was used as a binding model for showing the feasibility of the proposed system. For the biomolecular microsystems, electrodes were fabricated on glass surface using photolithographic, sputtering and lift-off processes. Detection electrodes were insulated with a 50-nm silicon oxide layer deposited by plasmaenhanced chemical vapor deposition. The SiO2 layer was functionalized by immersing the cleaned surface in a 3-aminopropyltriethoxy-silane solution in ethanol for 3 h. For biotinylation of the amino-silane layer, 10 ?L of photobiotin dissolved in deionized water (0.1 mg/mL) was dropped on the modified glass surface and exposed to a 365 nm UV radiation at intensity of 10 mW/cm2 for 15 min. Detection was carried out by passing a sinusoidal excitation signal from the function signal generator to the first electrode and picking up the resulting signal at the two receiver electrodes. To reduce electrical noise pickup, all measurements were carried out in a Faraday cage. The data acquisition was obtained in a software written in LabVIEW and the conductivity sensorgrams were recorded in real-time. The microfluidic network was fabricated in PDMS by soft lithography and irreversibly sealed against the electrodes plate. Solutions were handled into microfluidic channels using a peristaltic pump or two syringe pumps. Buffer and avidin-containing solution was injected into the microchannels and conductivity changes were monitored over time. Avidin solutions were allowed to remain in contact with the surface until a stable conductivity had reached equilibrium. Avidin-free buffer solutions were then injected to rinse off non-specifically bound analytes. Two solenoid valves were used to allow an automatic dispensing of the sample/buffer solution into microchannels. The limit of detection found for avidin-biotin system was 75 nmol L-1.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-04T11:25:56Z No. of bitstreams: 1 linuspaulingdefariapeixoto.pdf: 3833578 bytes, checksum: 7044b2daa711546991179b32265a99dc (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T15:38:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 linuspaulingdefariapeixoto.pdf: 3833578 bytes, checksum: 7044b2daa711546991179b32265a99dc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T15:38:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 linuspaulingdefariapeixoto.pdf: 3833578 bytes, checksum: 7044b2daa711546991179b32265a99dc (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho visou a síntese e caracterização de nanopartículas de ouro (AuNPs) e sua aplicação na construção de biossensores plasmônicos utilizando para a detecção as técnicas de LSPR (ressonância de plasmon de superfície localizado) e SERS/SEF (espalhamento Raman intensificado por superfície / fluorescência intensificada por superfície). As AuNPs foram sintetizadas na forma de nanobastões (AuNRs) e nanobipirâmides (AuNBs) utilizando o método de crescimento por partículas precursoras (seed) e utilizando surfactantes para direcionamento do crescimento das mesmas. Devido ao melhor rendimento obtido para AuNRs, avaliou-se apenas sua sensibilidade em suspensão ou imobilizadas em lâminas de vidro. Para a imobilização em vidro, o 3-mercaptopropiltrimetoxisilano foi utilizado como molécula ligante entre o vidro e as AuNPs e posteriormente os substratos modificados foram caracterizados por espectroscopia UV-VIS, microscopia eletrônica de varredura e voltametria cíclica. A superfície dos AuNRs foi modificada para a detecção de duas biomoléculas-prova: (1) estreptavidina, realizada pelo mecanismo de interação por bioafinidade com a biotina, utilizando cisteamina como ligante entre as AuNPs e a biotina; (2) anti-BSA, através do mecanismo de interação antígeno-anticorpo, ativando a superfície das AuNPs (previamente modificada com ácido mercaptoundecanóico) com N-(3-dimetilaminopropil)-N′-etilcarbodiimida e N-hidroxisuccinimida. A sensibilidade LSPR foi monitorada pelo deslocamento do máximo da banda do plasmon longitudinal dos AuNRs frente ao aumento do índice de refração local devido às modificações na superfície dos AuNRs, alcançando 297 nm RIU-1. A detecção por SERS foi realizada através do modo extrínseco, utilizando um corante (IR-820) como molécula marcadora sobre a superfície dos AuNRs. Os biossensores construídos tiveram desempenho satisfatório na detecção de moléculas provas, além de boa sensibilidade frente a modificações no índice de refração do meio; isso foi observado tanto para AuNPs em suspensão ou imobilizadas em lâminas de vidro. Os procedimentos reportados são simples, rápidos e eficientes para a aplicação em biossensores. Adicionalmente, a integração das AuNPs em suspensão (modificadas com moléculas marcadoras) com as AuNPs imobilizadas nas lâminas de vidro, se mostrou um método interessante para a detecção de biomoléculas utilizando SERS/SEF. / This work was focused on the synthesis and characterization of gold nanoparticles (AuNPs) for applying as LSPR (localized surface plasmon resonance) and SERS/SEF (surface enhanced Raman spectroscopy / surface enhanced fluorescence) based biosensors. AuNPs were synthesized in two different forms, nanorods (AuNRs) and nanobipyramids (AuNBs), controlling the growth of seeds by using surfactants. A better yield was obtained to AuNRs and therefore, only the sensitivity of these nanoparticles was evaluated either using the AuNRs in suspension or immobilized on glass slides. A monolayer of 3-mercaptopropylmetoxisilane was used as a linker between AuNPs and glass surface, and after the modified glass slides were characterized with UV-VIS spectroscopy, scanning electronic microscopy and cyclic voltammetry. AuNRs surface was modified aiming the detection of two probe molecules: (1) streptavidin allowed by the bioafinity for biotin, using cysteamine as monolayer between AuNPs and biotin; (2) anti-BSA allowed by an antigen-antibody interaction activating the surface (previously modified with mercaptoundecanoic acid) with N-(3-dimetilaminopropil)-N′-etilcarbodiimide and N-hidroxisuccinimide. The LSPR sensitivity was evaluated by monitoring shifts in the longitudinal plasmon mode of AuNRs with changes in local refractive index due to surface binding events, reaching 297 nm RIU-1. SERS sensitivity was carried out in an extrinsic mode using a dye (IR-820) as SERS label on AuNRs surface. The biosensors developed in this work (AuNPs in suspension and adsorbed on glass slides) are efficient as biosensor as they presented good sensitivity for change in refractive index and for surface binding with probe molecules. The main advantages of these biosensors is the simple methodology summed to the short time of analysis. In addition, coupling the labeled AuNPs in suspension with the AuNPs adsorbed on glass slides is an interesting methodology for SERS/SEF detection of biomolecules.

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.

Este trabalho descreve a preparação e caracterização de eletrodos modificados com azul da Prússia e materiais relacionados e a sua aplicação na construção de biossensores enzimáticos amperométricos para a detecção de oxalato e de glicose. Os materiais utilizados na modificação dos eletrodos foram azul da Prússia e compostos híbridos formados por hexacianoferrato de níquel e polipirrol ou hexacianoferrato de cobre e polipirrol. Os materiais lubridos mostraram-se capazes de mediar na eletroredução de peróxido de hidrogênio, mesmo em eletrólitos contendo Na+, apresentando melhor desempenho analítico quando comparados aos respectivos hexacianoferratos sem a presença do polímero condutor. Estes materiais foram utilizados com êxito na construção de biossensores para oxalato e para glicose, imobilizando as enzimas Oxalato Oxidase e Glicose Oxidase, respectivamente. Também foi estudada a preparação de um biossensor para a detecção de glicose utilizando a técnica de automontagem eletrostática camada por camada. Esta técnica permite otimizar o processo de immobilização da enzima, obtendo excelente desempenho analítico com pouca quantidade de enzima. Finalmente, são apresentadas a síntese, caracterização e aplicação de nanopartículas de azul da Prússia na determinação de peróxido de hidrogênio. Foi possível preparar nanopartículas com um diâmetro médio de 5 nm, as quais foram imobilizadas em eletrodos mediante a técnica de automontagem eletrostática camada por camada, a fim de estudar seu comportamento eletroquímico. / This work describes the preparation and characterization of modified electrodes with Prussian blue and some analogues and their application in the development of amperometric enzymatic biosensors for the detection of glucose and oxalate. The materials used in electrode modification were Prussian blue and hybrid compounds, formed by nickel hexacyanoferrate and polypyrrole or copper hexacyanoferrate and polypyrrole. These materials were able to mediate the hydrogen peroxide electroreduction even in electrolytes containing Na+, showing better analytical performance than the hexacyanyoferrates without polypyrrole. These materials were successfully used to build up oxalate and glucose biosensors. We also have studied the preparation of glucose biosensors using the layer by layer self assemble technique (LBL), which has optimized the enzyme immobilization process, obtaining good analytical performances even loading small amounts of enzyme. FinaIly, we have described the synthesis and characterization of Prussian blue nanoparticles by a sonochemical method. It was possible to synthesize nanoparticles with a diameter around 5 nrn, which were immobilized by the LBL technique, in order to study their electrochemical behavior.

Este trabalho tem como objetivos projetar, construir e caracterizar experimentalmente metamateriais quirais bi-planares para faixa de micro-ondas com o objetivo de investigar a rotação de campo como transdutor em aplicações de biossensoriamento. As estruturas metamateriais estudadas foram primeiramente modeladas e caracterizadas com o uso de aplicativos computacionais comerciais baseadas no método dos elementos finitos, onde os parâmetros geométricos das estruturas foram definidos para operarem na faixa de 8GHz a 12GHz. A partir dos projetos das estruturas simuladas, os metamateriais foram construídos e caracterizados experimentalmente. No estágio de fabricação, foi desenvolvida uma técnica inédita de confecção de metamateriais em placas de circuito impresso flexível. Esta técnica, baseada no processo tradicional de fabricação de placas de circuito impresso, utiliza uma combinação de filmes finos de alumínio e folhas plásticas adesivas flexíveis formando, assim, uma folha metalizada fina e flexível. Além de ser tão eficiente quanto o método convencional, a abordagem proposta utiliza materiais de baixo custo, podendo ser adaptada a outros substratos de qualquer material, formato e espessura. Também foram projetadas e construídas placas de metamateriais com geometrias similares via método tradicional (FR4 e cobre) com o objetivo de validar os procedimentos propostos neste trabalho. A caracterização experimental dos metamateriais quirais foi realizada, por meio de antenas cornetas e analisador de redes. As propriedades efetivas do meio (quiralidade, ângulo de azimute, elipticidade, e índice de refração) foram obtidas a partir dos parâmetros-S do material, por meio de um método de extração de parâmetros. Como esperado, os resultados experimentais tiveram boa concordância com os obtidos numericamente. Por fim, foi proposta uma aplicação de metamaterial quiral utilizando suas características de rotação de campo como transdutor para a medida de glicose em amostras aquosas. No experimento proposto, o ângulo de azimute de uma onda plana polarizada que atravessa o material foi obtido numericamente e sua rotação de campo foi diretamente correlacionada com a concentração de glicose. Os resultados indicaram uma elevada sensibilidade mesmo para baixas concentrações de glicose, demonstrando que a rotação de campo pode realmente ser utilizada para este propósito. / This work focus on the design, fabrication and experimental characterization of bi-planar chiral metamaterials in the microwave frequency range aiming at investigating field rotation as a possible transductor for biosensig applications. First, the metamaterial structures were simulated with commercial-based finite element methods, where the structures geometric parameters were defined to operate in the range of 8-12 GHz. Next, the metamaterials were fabricated and characterized experimentally. We have also developed a new technique for making metamaterials on flexible printed circuit boards. This proposed technique, based on traditional processes of printed circuit boards fabrication, utilizes combination of thin aluminum films and adhesive flexible plastic foils, thus forming a thin, flexible metallic foil. In addition to being as efficient as the conventional method, the proposed approach utilizes low cost materials with low insertion loss that can be adapted to substrates of any material, shape and thickness. We have also designed and fabricated metamaterials with similar geometries via the traditional circuit board method (FR4 and copper) in order to validate the procedures proposed in this work. The experimental characterization of the chiral metamaterials was carried out with antenna horns and a network analyzer. The effective medium parameters (chirality, azimuth angle, ellipticity, and refractive index) were then obtained from the Sparameters of the material via a parameter extraction method. The experimental results were in good agreement with those obtained numerically. Finally, we proposed a new chiral metamaterial application using its field rotation characteristics as a transductor for measuring glucose concentration in aqueous solutions. In the proposed experiment, the azimuth angle of a polarized plane wave propagating through the material was numerically calculeted and its polarization field rotation was directly correlated with the glucose concentration. The results indicated a very high sensitivity even for very low glucose concentrations, indicating that field rotation can indeed be used for this purpose.

Os dispositivos biossensores foram primeiramente pesquisados por Clark e Lyons, em 1962, visando medir o nível de glicemia. Atualmente, há uma popularização dos medidores de glicemia e diversas tecnologias foram desenvolvidas, principalmente, para aplicações em diagnósticos médicos e monitoramento ambiental. No entanto, há uma ampla quantidade de aplicações para biossensores ainda não disponível no mercado. A imobilização de espécies bioativas que interagem diretamente com o analito, chamada de superfície bioativa, é frequentemente considerada a etapa mais difícil no desenvolvimento de biossensores para novas aplicações. O objetivo deste trabalho é demonstrar a caracterização da camada bioativa desenvolvida pela técnica de construção de camadas auto-organizadas usando o princípio da adsorção eletrostática. Para isto, foram utilizadas três diferentes concentrações de soluções compostas por ligações covalentes entre nanotubos de carbono de paredes múltiplas e três diferentes biomateriais, Polietilenoimina, Ácido Desoxirribonucléico e enzimas do tipo Hidrolase de Organofosforados. As diferentes soluções polieletrolíticas foram caracterizadas pela técnica de ressonância de plasmons de superfície e simultaneamente formaram camadas auto-organizadas na superfície de um eletrodo de carbono vítreo. A atividade das enzimas foi analisada por voltametria cíclica para as diferentes concentrações das soluções utilizadas. Os resultados mostraram que a caracterização por ressonância de plasmons de superfície promove o controle da adsorção eletrostática. A variação do ângulo de ressonância de plasmons de superfície corresponde à intensidade e à saturação das interações eletrostáticas entre as camadas. Biossensores desenvolvidos com soluções de maior concentração, consequentemente, ampliaram os limites de detecção e elevaram a resolução do sinal elétrico. Em aplicações para medir baixas concentrações do analito, o adequado controle das concentrações das soluções poli eletrolíticas reduz os custos no desenvolvimento de biossensores especialmente, com relação ao custo de enzimas isoladas. / The biosensor devices were first researched by Clark and Lyons in 1962, aiming to measure the blood glucose level. Currently, there is a popularization of blood glucose meters and several technologies have been developed mainly for applications in medical diagnostics and environmental monitoring. However, there is a wide range of applications for biosensors not yet available. The immobilization of bioactive species that interact directly with the analyte, called bioactive surface, is often considered the most difficult step in the biosensors development for new applications. The objective of this work is to demonstrate the characterization of the bioactive surface developed by self-assembled monolayers technique using the electrostatic adsorption principle. For this, we used three different concentrations of solutions composed of covalent bonds between multi-walled carbon nanotubes and three different biomaterials, Polyethyleneimine, Deoxyribonucleic Acid and Organophosphorous Hydrolase enzymes. These enzymes catalyze the hydrolysis of phosphorus compounds such as organophosphorous neurotoxins. The different polyelectrolyte solutions were characterized by the technique of surface plasmon resonance, and simultaneously, self-assembled monolayers were formed on the surface of a glassy carbon electrode. The enzymes activity was analyzed by cyclic voltammetry for the different concentrations of the solutions used. The results showed that the surface plasmon resonance characterization promote the control of electrostatic adsorption. The variation of the surface plasmon resonance angle corresponds the intensity and saturation of electrostatic interactions between the layers. Biosensors developed with solutions of higher concentration, consequently, widened the detection limits, and increased the resolution of the electrical signal. In applications to measure low concentrations of analyte, adequate control of the concentrations of polyelectrolytes solutions reduces costs in the development of biosensors especially, the cost of isolated enzymes.

Os dispositivos biossensores foram primeiramente pesquisados por Clark e Lyons, em 1962, visando medir o nível de glicemia. Atualmente, há uma popularização dos medidores de glicemia e diversas tecnologias foram desenvolvidas, principalmente, para aplicações em diagnósticos médicos e monitoramento ambiental. No entanto, há uma ampla quantidade de aplicações para biossensores ainda não disponível no mercado. A imobilização de espécies bioativas que interagem diretamente com o analito, chamada de superfície bioativa, é frequentemente considerada a etapa mais difícil no desenvolvimento de biossensores para novas aplicações. O objetivo deste trabalho é demonstrar a caracterização da camada bioativa desenvolvida pela técnica de construção de camadas auto-organizadas usando o princípio da adsorção eletrostática. Para isto, foram utilizadas três diferentes concentrações de soluções compostas por ligações covalentes entre nanotubos de carbono de paredes múltiplas e três diferentes biomateriais, Polietilenoimina, Ácido Desoxirribonucléico e enzimas do tipo Hidrolase de Organofosforados. As diferentes soluções polieletrolíticas foram caracterizadas pela técnica de ressonância de plasmons de superfície e simultaneamente formaram camadas auto-organizadas na superfície de um eletrodo de carbono vítreo. A atividade das enzimas foi analisada por voltametria cíclica para as diferentes concentrações das soluções utilizadas. Os resultados mostraram que a caracterização por ressonância de plasmons de superfície promove o controle da adsorção eletrostática. A variação do ângulo de ressonância de plasmons de superfície corresponde à intensidade e à saturação das interações eletrostáticas entre as camadas. Biossensores desenvolvidos com soluções de maior concentração, consequentemente, ampliaram os limites de detecção e elevaram a resolução do sinal elétrico. Em aplicações para medir baixas concentrações do analito, o adequado controle das concentrações das soluções poli eletrolíticas reduz os custos no desenvolvimento de biossensores especialmente, com relação ao custo de enzimas isoladas. / The biosensor devices were first researched by Clark and Lyons in 1962, aiming to measure the blood glucose level. Currently, there is a popularization of blood glucose meters and several technologies have been developed mainly for applications in medical diagnostics and environmental monitoring. However, there is a wide range of applications for biosensors not yet available. The immobilization of bioactive species that interact directly with the analyte, called bioactive surface, is often considered the most difficult step in the biosensors development for new applications. The objective of this work is to demonstrate the characterization of the bioactive surface developed by self-assembled monolayers technique using the electrostatic adsorption principle. For this, we used three different concentrations of solutions composed of covalent bonds between multi-walled carbon nanotubes and three different biomaterials, Polyethyleneimine, Deoxyribonucleic Acid and Organophosphorous Hydrolase enzymes. These enzymes catalyze the hydrolysis of phosphorus compounds such as organophosphorous neurotoxins. The different polyelectrolyte solutions were characterized by the technique of surface plasmon resonance, and simultaneously, self-assembled monolayers were formed on the surface of a glassy carbon electrode. The enzymes activity was analyzed by cyclic voltammetry for the different concentrations of the solutions used. The results showed that the surface plasmon resonance characterization promote the control of electrostatic adsorption. The variation of the surface plasmon resonance angle corresponds the intensity and saturation of electrostatic interactions between the layers. Biosensors developed with solutions of higher concentration, consequently, widened the detection limits, and increased the resolution of the electrical signal. In applications to measure low concentrations of analyte, adequate control of the concentrations of polyelectrolytes solutions reduces costs in the development of biosensors especially, the cost of isolated enzymes.

Orientador: José Celso Freire Junior / Resumo: Algumas necessidades específicas da Fisioterapia, área que estuda o Equilíbrio Postural e a Análise da Marcha Humana estão entre as principais razões para o desenvolvimento deste trabalho de pesquisa. Ele, tem por base uma plataforma de força, desenvolvida em 2016 por pesquisadores da UNESP e do Laboratório G-SCOP, da instituição Grenoble INP da França. A esta solução foram adicionadas duas interfaces eletrônicas. A primeira, com objetivo de fornecer informações sobre as forças de reação do solo, de um paciente que está sobre a plataforma e a segunda para controlar a estabilidade da plataforma, simulando dois níveis de dificuldades para o paciente se manter em equilíbrio. Aplicativos foram desenvolvidos para fazer a captura de dados e a análise gráfica dos resultados. Além de calcular informações sobre o deslocamento dos centros de pressão e de massa do paciente, eles asseguram o sincronismo entre os dados capturados por sensores de força, instalados na plataforma e um sensor de movimento Kinect. O tratamento dos dados do sensor de movimento possibilita a criação de um modelo tridimensional detalhado, na forma de um esqueleto digital, que apresenta a cinemática de várias articulações do corpo humano e o seu respectivo comportamento posicional, em função do tempo. O trabalho apresenta também um estudo comparativo entre o sistema desenvolvido e um ambiente de referência padronizado, que utiliza um sistema de filmagem, com várias câmeras infravermelho de alta definição, disponív... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Some specific needs of Physiotherapy, an area that studies the Postural Equilibrium and the Gait Analysis are among the main reasons for the development of this research work. It is based on a force platform, developed in 2016 by researchers from UNESP and the G-SCOP Laboratory of the Grenoble INP institution in France. Two electronic interfaces were added to this solution. The first one, to provide information about the ground reaction forces, from one patient on the platform and the second to control the stability of the platform, simulating two levels of difficulty for the patient to keep in balance. Applications were developed to capture data and graphically analyze the results. In addition to calculating information about the displacement of the patient's pressure and mass centers, they ensure synchronization between the data captured by force sensors installed on the platform and a Kinect motion sensor. The treatment of motion sensor data allows the creation of a detailed three-dimensional model, in the form of a digital skeleton, which presents the kinematics of various joints of the human body and their respective positional behavior, as a function of time. The work also presents a comparative study between the developed system and a standardized reference environment, using a multi-camera high-definition infrared camera system, available in a dedicated room of the University Hospital of Grenoble. This analysis evaluates the possibility of creating new products for th... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor