O presente trabalho está fundamentado no desenvolvimento de uma metodologia e/ou uma tecnologia de obtenção e caracterização de filtros ópticos de interferência de banda passante variável [C.M. da Silva, 2010] e de banda de corte variáveis, constituídos por refletores dielétricos multicamadas de filmes finos intercalados por cavidades de Fabry-Perot não planares com espessuras linearmente variáveis, que apresentam a propriedade do deslocamento linear da transmitância máxima espectral em função da posição, isto é, um Filtro de Interferência Variável (FIV). Este método apresenta novas e abrangentes possibilidades de confecção de filtros ópticos de interferência variável: lineares ou em outras formas desejadas, de comprimento de onda de corte variável (passa baixa ou alta) e filtros de densidade neutra variável, através da deposição de metais, além de aplicações em uma promissora e nova área de pesquisa na deposição de filmes finos não uniformes. A etapa inicial deste desenvolvimento foi o estudo da teoria dos filtros ópticos dielétricos de interferência para projetar e construir um filtro óptico banda passante convencional de um comprimento de onda central com camadas homogêneas. A etapa seguinte, com base na teoria óptica dos filmes finos já estabelecida, foi desenvolver a extensão destes conhecimentos para determinar que a variação da espessura em um perfil inclinado e linear da cavidade entre os refletores de Bragg é o principal parâmetro para produzir o deslocamento espacial da transmitância espectral, possibilitando o uso de técnicas especiais para se obter uma variação em faixas de bandas de grande amplitude, em um único filtro. Um trabalho de modelagem analítica e análise de tolerância de espessuras dos filmes depositados foram necessários para a seleção da estratégia do \"mascaramento\" seletivo do material evaporado formado na câmara e-Beam (elétron-Beam) com o objetivo da obtenção do filtro espectral linear variável de características desejadas. Para tanto, de acordo com os requisitos de projeto, foram necessárias adaptações em uma evaporadora por e-Beam para receber um obliterador mecânico especialmente projetado para compatibilizar os parâmetros das técnicas convencionais de deposição com o objetivo de se obter um perfil inclinado, perfil este previsto em processos de simulação para ajustar e calibrar a geometria do obliterador e se obter um filme depositado na espessura, conformação e disposição pretendidos. Ao final destas etapas de modelagem analítica, simulação e refinamento recorrente, foram determinados os parâmetros de projeto para obtenção de um determinado FIV (Filtro de Interferência Variável) especificado. Baseadas nos FIVs muitas aplicações são emergentes: dispositivos multi, hiper e ultra espectral para sensoriamento remoto e análise ambiental, sistemas Lab-on-Chip, biossensores, detectores chip-sized, espectrofotometria de fluorescência on-chip, detectores de deslocamento de comprimento de onda, sistemas de interrogação, sistemas de imageamento espectral, microespectrofotômetros e etc. No escopo deste trabalho se pretende abranger um estudo de uma referência básica do emprego do (FIV) filtro de interferência variável como detector de varredura de comprimento de ondas em sensores biológicos e químicos compatível com pós processamento CMOS. Um sistema básico que é constituído por um FIV montado sobre uma matriz de sensores ópticos conectada a um módulo eletrônico dedicado a medir a intensidade da radiação incidente e as bandas de absorção das moléculas presentes em uma câmara de detecção de um sistema próprio de canais de microfluidos, configurando-se em um sistema de aquisição e armazenamento de dados (DAS), é proposto para demonstrar as possibilidades do FIV e para servir de base para estudos exploratórios das suas diversas potencialidades que, entre tantas, algumas são mencionadas ao longo deste trabalho. O protótipo obtido é capaz de analisar fluidos químicos ou biológicos e pode ser confrontado com os resultados obtidos por equipamentos homologados de uso corrente. / This work presents the development of a method to obtain and characterize a variable interference optical band pass filter, made up of a number of thin films forming dielectrical reflectors intercalated by non flat Fabry-Perot cavities whose thickness varies linearly. These filters present the propriety of a linear variation in the maximum spectral transmittance as a function of the position in the filter, for this reason this is called Variable Interference Filter (VIF). This method allows of manufacturing linear interference filters or any other function desired, variable cut wavelength (low or high pass) and variable neutral density filters by means of metallic depositions. The first step in this work was to design and built a conventional filter, with homogeneous layers and a fixed central wavelength. The following step was, using basics of the Optical theory of thin films, introduce the variation in the thickness of the layers in a linear inclined outline. Accordingly with the design requirements, it was made some adaptations in an e-beam evaporator (electron-beam), adding a mechanical obliterator adjusted with series of depositions and characterizations of a single layers in order to find a linearly inclined outline. In the end of this step it was designed and built the specified VIF. It is also described a possible application of this VIF: a multispectral device for biological analysis. Among many applications, others can be cited, such as: Lab-on-Chip systems, biosensors chip-sized detectors, on-chip fluorescence spectrometry, shift wavelength detectors, interrogation systems, environmental analysis systems, etc. The scope of this work covers the study of variable interference filters as a wavelength scanning detector in biological and chemical sensors compatible with CMOS post-processing. To demonstrate the viability, and enable the exploration of other applications, it is proposed a basic system composed of a VIF, mounted on top of a matrix of sensors connected to a dedicated electronic module, to measure and store the intensity of the incident radiation data and the absorption spectra of molecules present in a detection chamber of a microfluidic system. Other applications of this basic structure are mentioned. This prototype is aimed to analyze biological fluids and results will be compared with results obtained using standard commercial instruments.

O presente trabalho está fundamentado no desenvolvimento de uma metodologia e/ou uma tecnologia de obtenção e caracterização de filtros ópticos de interferência de banda passante variável [C.M. da Silva, 2010] e de banda de corte variáveis, constituídos por refletores dielétricos multicamadas de filmes finos intercalados por cavidades de Fabry-Perot não planares com espessuras linearmente variáveis, que apresentam a propriedade do deslocamento linear da transmitância máxima espectral em função da posição, isto é, um Filtro de Interferência Variável (FIV). Este método apresenta novas e abrangentes possibilidades de confecção de filtros ópticos de interferência variável: lineares ou em outras formas desejadas, de comprimento de onda de corte variável (passa baixa ou alta) e filtros de densidade neutra variável, através da deposição de metais, além de aplicações em uma promissora e nova área de pesquisa na deposição de filmes finos não uniformes. A etapa inicial deste desenvolvimento foi o estudo da teoria dos filtros ópticos dielétricos de interferência para projetar e construir um filtro óptico banda passante convencional de um comprimento de onda central com camadas homogêneas. A etapa seguinte, com base na teoria óptica dos filmes finos já estabelecida, foi desenvolver a extensão destes conhecimentos para determinar que a variação da espessura em um perfil inclinado e linear da cavidade entre os refletores de Bragg é o principal parâmetro para produzir o deslocamento espacial da transmitância espectral, possibilitando o uso de técnicas especiais para se obter uma variação em faixas de bandas de grande amplitude, em um único filtro. Um trabalho de modelagem analítica e análise de tolerância de espessuras dos filmes depositados foram necessários para a seleção da estratégia do \"mascaramento\" seletivo do material evaporado formado na câmara e-Beam (elétron-Beam) com o objetivo da obtenção do filtro espectral linear variável de características desejadas. Para tanto, de acordo com os requisitos de projeto, foram necessárias adaptações em uma evaporadora por e-Beam para receber um obliterador mecânico especialmente projetado para compatibilizar os parâmetros das técnicas convencionais de deposição com o objetivo de se obter um perfil inclinado, perfil este previsto em processos de simulação para ajustar e calibrar a geometria do obliterador e se obter um filme depositado na espessura, conformação e disposição pretendidos. Ao final destas etapas de modelagem analítica, simulação e refinamento recorrente, foram determinados os parâmetros de projeto para obtenção de um determinado FIV (Filtro de Interferência Variável) especificado. Baseadas nos FIVs muitas aplicações são emergentes: dispositivos multi, hiper e ultra espectral para sensoriamento remoto e análise ambiental, sistemas Lab-on-Chip, biossensores, detectores chip-sized, espectrofotometria de fluorescência on-chip, detectores de deslocamento de comprimento de onda, sistemas de interrogação, sistemas de imageamento espectral, microespectrofotômetros e etc. No escopo deste trabalho se pretende abranger um estudo de uma referência básica do emprego do (FIV) filtro de interferência variável como detector de varredura de comprimento de ondas em sensores biológicos e químicos compatível com pós processamento CMOS. Um sistema básico que é constituído por um FIV montado sobre uma matriz de sensores ópticos conectada a um módulo eletrônico dedicado a medir a intensidade da radiação incidente e as bandas de absorção das moléculas presentes em uma câmara de detecção de um sistema próprio de canais de microfluidos, configurando-se em um sistema de aquisição e armazenamento de dados (DAS), é proposto para demonstrar as possibilidades do FIV e para servir de base para estudos exploratórios das suas diversas potencialidades que, entre tantas, algumas são mencionadas ao longo deste trabalho. O protótipo obtido é capaz de analisar fluidos químicos ou biológicos e pode ser confrontado com os resultados obtidos por equipamentos homologados de uso corrente. / This work presents the development of a method to obtain and characterize a variable interference optical band pass filter, made up of a number of thin films forming dielectrical reflectors intercalated by non flat Fabry-Perot cavities whose thickness varies linearly. These filters present the propriety of a linear variation in the maximum spectral transmittance as a function of the position in the filter, for this reason this is called Variable Interference Filter (VIF). This method allows of manufacturing linear interference filters or any other function desired, variable cut wavelength (low or high pass) and variable neutral density filters by means of metallic depositions. The first step in this work was to design and built a conventional filter, with homogeneous layers and a fixed central wavelength. The following step was, using basics of the Optical theory of thin films, introduce the variation in the thickness of the layers in a linear inclined outline. Accordingly with the design requirements, it was made some adaptations in an e-beam evaporator (electron-beam), adding a mechanical obliterator adjusted with series of depositions and characterizations of a single layers in order to find a linearly inclined outline. In the end of this step it was designed and built the specified VIF. It is also described a possible application of this VIF: a multispectral device for biological analysis. Among many applications, others can be cited, such as: Lab-on-Chip systems, biosensors chip-sized detectors, on-chip fluorescence spectrometry, shift wavelength detectors, interrogation systems, environmental analysis systems, etc. The scope of this work covers the study of variable interference filters as a wavelength scanning detector in biological and chemical sensors compatible with CMOS post-processing. To demonstrate the viability, and enable the exploration of other applications, it is proposed a basic system composed of a VIF, mounted on top of a matrix of sensors connected to a dedicated electronic module, to measure and store the intensity of the incident radiation data and the absorption spectra of molecules present in a detection chamber of a microfluidic system. Other applications of this basic structure are mentioned. This prototype is aimed to analyze biological fluids and results will be compared with results obtained using standard commercial instruments.

Este trabalho foi dedicado à produção e caracterização de filmes nanoestruturados de ZnO, depositado pelo método CBD (Chemical Bath Deposition). Trata-se de um método atrativo por ser simples, de baixo custo, por permitir o uso de diferentes substratos cristalinos ou amorfos, e por ser muito efetivo no crescimento de nanoestruturas bem orientadas. Foram realizados estudos da influência do tipo de substrato, tempo de reação e a concentração do reagente Diaminopropano na morfologia dos filmes de ZnO depositados por CBD. As técnicas MEV e MET (Microscopia Eletrônica de Varredura e Transmissão) foram utilizadas para avaliar detalhes da morfologia das nanoestruturas obtidas, enquanto que a DRX (Difração de Raios X) foi usada para fornecer a estrutura cristalina dos filmes. PL (Fotoluminescência) foi empregada para estudo das propriedades ópticas dos filmes. A técnica XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons excitados por Raios X) permitiu sondar o ambiente químico dos elementos presentes na superfície das amostras. Também, foram realizados experimentos de XAS (absorção de raios X) in situ, com o qual monitoramos a formação dos filmes de ZnO crescidos sobre o substrato de grafite. Finalmente, testes eletroquímicos com eletrodos construídos a partir da imobilização de enzimas na superfície dos filmes foram realizados, visando sua aplicação como biossensores de glicose e ureia. / This work was dedicated to the production and characterization of nanostructured ZnO films deposited by CBD (Chemical Bath Deposition) method. This is an attractive method because it is simple, low cost, allowing the use of different substrates, crystalline or amorphous, and to be very effective for the growth of well-oriented nanostructures. The investigation of the influence of the type of substrate, the reaction time and the concentration of the Diaminopropane on the morphology of ZnO films deposited by CBD were performed. The SEM and TEM (Scanning Electron Microscopy and Transmission) techniques were used to evaluate details of the morphology of the nanostructures obtained, while the XRD (X-Ray Diffraction) was used to provide the crystalline structure of the films. The photoluminescence was employed to analyze the optical properties of the films. The XPS (X-Ray photoelectron spectroscopy) allowed probing the chemical environment of the elements present on the sample surface. With the in situ XAS measurements we monitored the formation of ZnO films deposited on graphite substrate. Finally, electrochemical tests were performed on electrodes produced with the immobilization of enzymes on the surface of the ZnO films, foreseeing their use as glucose and urea biosensors.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5238.pdf: 5294587 bytes, checksum: 025b13ac00d18b1830afac47325d6ffe (MD5) Previous issue date: 2013-04-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this study, our goal was evaluate the interactive forces between the Atomic force microscope tip (AFM tip) and an important enzyme responsible to fatty acids synthesis in all living beings (Acetyl CoA Carboxylase - fic biosensors to detect pesticides molecules used in agriculture. The AFM tip can be functionalized through its oxidation with spacer molecules. In order to simulate computationally this modified AFM tip that was called surface spacer-agent (SSA) using molecular dynamic (MD) simulations, the force field (FF) parameters had to be calculated. The FF parameters were obtained using quantum mechanical calculations and were implemented in an appropriate FF protocol. Three types of geometric molecular orientations of the ACCase were evaluated as a starting point to enzymatic immobilization, but only one was used to MD simulation. The criteria to define xyz orientation were basically based on the active sites from the ACCase enzyme are available to interact with molecules from the bulk and the surface contact area of the enzyme interacting with SSA ensure an strong interaction force to maintain the enzyme immobilized on the tip. Surface contact area, hydrogen bonds and protein stability were the parameters monitored during the MD trajectory as the enzymeherbicide interactions using a combination of molecular docking and molecular dynamics. The clusters formed using docking calculations in different regions along the ACCase enzyme were submitted to MD simulations in order to measure interactive energies of the system. / Neste estudo, o objetivo foi quantificar e analisar as forças de interação entre a ponta do microscópio de força atômica (AFM) modificada quimicamente com moléculas ligantes e uma importante enzima responsável pela síntese de ácidos graxos em todos os seres vivos, a Acetil CoA carboxilase - ACCase. Nosso objetivo é desenvolver biossensores específicos para a detecção de pesticidas usados na agricultura. A fim de simular computacionalmente esta superfície modificada, utilizando a metodologia de dinâmica molecular (MD), os parâmetros campo de força foram desenvolvidos e implementados no modelo computacional aqui proposto. Estes parâmetros foram obtidos utilizando cálculos de mecânica quântica e implementados no campo de força do programa de MD utilizado. Três tipos de orientações moleculares da ACCase foram avaliadas como ponto de partida para os cálculos de MD, porém, apenas uma posição foi utilizada para a simulação. Os critérios para definir a orientação espacial da enzima na superfície tiveram com base a localização dos sítios ativos da enzima e a área de contato da enzima com a superfície funcionalizada. Este último parâmetro foi levado conta com a intenção de assegurar uma força de interação forte o suficiente para manter a enzima imobilizada na ponta sem que haja o despreendimento da mesma devido a fracas interações. Superfície de contacto, ligações de hidrogênio e estabilidade estrutural da proteína foram os parâmetros avaliados e monitorados. As regiões da enzima expostas para interação com as moléculas do bulk foram avaliadas utilizando uma combinação de docking molecular e dinâmica molecular. Os clusters formados dos cálculos de docking em diferentes regiões da enzima ACCase foram submetidos a simulação por MD para o cálculo das energias envolvidas no sistema.

Submitted by Gabriele Gabriel (gabriele.mgabriel@yahoo.com.br) on 2018-01-05T14:37:40Z No. of bitstreams: 1 Tese_Gabriele-Gabriel_VERSAO-FINAL.pdf: 3365844 bytes, checksum: c94734430443f3bf6c8ad3ad9fd11a8d (MD5) / Rejected by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com), reason: Oi Gabriele, Faltou enviar a Carta comprovante assinada pelo orientador. Solicite o modelo em sua Secretaria de Pós-graduação, preencha e colete a assinatura com o orientador e acesse novamente o sistema para fazer o Upload. Fico no aguardo para finalizarmos o processo. Abraços Ronildo on 2018-01-18T16:17:33Z (GMT) / Submitted by Gabriele Gabriel (gabriele.mgabriel@yahoo.com.br) on 2018-01-19T17:45:54Z No. of bitstreams: 2 GABRIEL_Gabriele_2017.pdf: 4796378 bytes, checksum: b47c6fae3bd085c69ed8a81c74a9be4d (MD5) GABRIEL_Gabriele_carta.pdf: 557241 bytes, checksum: fbed02fe69c0cab6190201e18b304f40 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-22T18:44:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 GABRIEL_Gabriele_2017.pdf: 4796378 bytes, checksum: b47c6fae3bd085c69ed8a81c74a9be4d (MD5) GABRIEL_Gabriele_carta.pdf: 557241 bytes, checksum: fbed02fe69c0cab6190201e18b304f40 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-22T18:44:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 GABRIEL_Gabriele_2017.pdf: 4796378 bytes, checksum: b47c6fae3bd085c69ed8a81c74a9be4d (MD5) GABRIEL_Gabriele_carta.pdf: 557241 bytes, checksum: fbed02fe69c0cab6190201e18b304f40 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T18:51:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 GABRIEL_Gabriele_2017.pdf: 4796378 bytes, checksum: b47c6fae3bd085c69ed8a81c74a9be4d (MD5) GABRIEL_Gabriele_carta.pdf: 557241 bytes, checksum: fbed02fe69c0cab6190201e18b304f40 (MD5) Previous issue date: 2017-12-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Bioluminescence, the emission of visible light by living organisms is widely used in biosensors. Firefly luciferases and genes are among the most used reporter gene in bioluminescent biosensors. Firefly luciferases are pH-sensitive, exhibiting a red shifted bioluminescence spectra on the presence of metals, high temperatures and acidic pH, being this last property considered unusual for the most analytical applications. Nowadays most luminescent biosensors to metals and pH are fluorescent, and few of them are ratiometric based on spectral changes. Bioluminescent biosensors despite been less common, have same advantages as low background and does not need UV light irradiation, bring no photodamage to the cell. The aim of this project was: (I) study the applicability of the use of Macrolampis sp2 firefly luciferase and other pH-sensitive luciferases as spectral intracellular ratiometric pH biosensor; (II) apply these pH ratiometric biosensors in mammalian cells to investigate its physiology in real time and (III) developing, by engineering the pH sensor region of Macrolampis sp2 firefly luciferase, a ratiometric biosensor specific to metals. We obtained a relation between the pH and the ratio of the bioluminescence at green and red region of the spectra, allowing estimate ratiometrically the intracellular pH of bacteria and mammalian cells. Besides that, we confirmed its use to cellular image of pH and observed that occurs an alkalinization of the cytosol and nucleus during cell division and apoptosis. We demonstrate the applicability of firefly luciferases, in special the luciferase of Macrolampis sp2, as a ratiometric biosensor to metals and intracellular pH. The existence of a linear relationship between the concentrations of metals like cadmium, mercury and zinc, and the ratio of the bioluminescence at green and red region of the spectra, allowed also estimate ratiometrically, for the first time, concentrations of metals less than 100 µM, enabling the use of firefly luciferases as bioavailability indicator to toxic and potential toxic metals. / Bioluminescência, a emissão de luz fria e visível por organismos vivos é amplamente utilizada em biossensores. Luciferases de vagalumes e seus genes estão entre os genes repórteres mais utilizados em biossensores bioluminescentes. Luciferases de vagalumes são sensíveis ao pH, apresentando um deslocamento do espectro de bioluminescência para o vermelho na presença de metais, em temperaturas elevadas e pH ácido, sendo esta última propriedade considerada sem utilidade para a maioria das aplicações analíticas. Atualmente a maioria dos biossensores luminescentes para metais e pH são fluorescentes, poucos deles são raciométricos baseados nas mudanças espectrais. Biossensores bioluminescentes apesar de serem menos comuns, possuem algumas vantagens como baixo background e não necessitam de irradiação com luz UV, não causando fotodanos às células. Os objetivos desse projeto foram: (I) investigar a aplicabilidade de uso da luciferase do vagalume Macrolampis sp2 e outras luciferases pH-sensitivas como biossensor espectral raciométrico intracelular de pH; (II) aplicar esses biossensores raciométricos de pH em células de mamíferos para investigar sua fisiologia em tempo real e (III) desenvolver, por engenharia da região sensora de pH da luciferase de Macrolampis sp2, um biossensor raciométrico específico para metais. Obtivemos uma relação entre o pH e a razão da bioluminescência nas regiões do verde e do vermelho do espectro, permitindo estimar raciometricamente o pH intracelular de bactérias e células de mamíferos. Além disso, confirmamos seu uso para imagem celular de pH, e observamos que ocorre uma alcalinização do citosol e núcleo durante os processos de divisão celular e apoptose. Demonstramos a aplicabilidade das luciferases de vagalumes, em especial a luciferase de Macrolampis sp2, como biossensor raciométrico para metais e pH intracelular. A existência de uma relação linear entre a concentração de metais como cádmio, mercúrio e zinco, e a razão da bioluminescência nas regiões do verde e do vermelho do espectro, permitiu também estimar raciometricamente pela primeira vez concentrações de metais menores que 100 µM, possibilitando o uso de luciferase de vagalumes como indicador de biodisponibilidade de metais tóxicos e potencialmente tóxicos. / FAPESP: 2014/04477-9 / FAPESP: 2015/22603-4 / FAPESP: 2016/15946-5

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work was realized characterization studies of a new material, poly (3- hidroxyphenylacetic acid) and its application for the construction of an amperometric immunosensor for detection of Acute Myocardial Infarction (AMI). Initially, it was carried out the electropolymerization of 3-hidroxyphenylacetic acid at three different pH's (0.0, 6.5 and 12.0) which could be assessed, electrochemically, the relationship between the behavior of the polymer and the reaction s pH. It was found that in the acid solutions (pH 0.0) the formation of electrochemically active material is more evident. Moreover, using electrochemical techniques, were carried out investigations on the structure of the polymeric material by using cationic and anionic probes. Monomer and polymer were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), Ultra-Violet (UV/Vis.) and fluorescence; thermal analysis (DTA and TGA) and structural analysis (XDR). These studies were extremely important to highlight the main differences between the starting material (monomer) and electropolymerized material (polymer), and in particular assess the main characteristics of the polymer in order to enable its use as a platform to the proposed immunosensor. Studies of the immunosensor were conducted using two substances that acted as indicators of the reaction between the specific antibody for the AMI (anti-troponin T) and specific antigen for AMI (troponin T), hexaaminruthenium chloride and ferro/ferricyanide potassium. The results showed that the hexaaminruthenium chloride showed the best performance to indicate the formation of antibody-antigen complex wich occurs in the AMI. / Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização de um novo material, o poli(ácido 3-hidroxifenilacético) e sua aplicação para construção de um imunossensor amperométrico para detecção do Infarto Agudo do Miocárdio (IAM). Inicialmente, foi realizada a eletropolimerização do ácido 3-hidroxifenilacético em três pH s diferentes (0,0; 6,5 e 12,0) onde foi possível avaliar, eletroquimicamente, a relação entre o comportamento do polímero formado e o pH do meio reacional. Foi possível constatar que em meio ácido (pH 0,0) a formação do material eletroquimicamente ativo é mais evidenciada. Além disso, com o auxílio de técnicas eletroquímicas, foram realizadas investigações sobre a estrutura do material polimérico formado, utilizando sondas catiônicas e aniônicas. Monômero e polímero foram caracterizados por técnicas espectroscópicas de Infravermelho (FTIR), Ultra-Violeta (UV/Vis.) e Fluorescência; análises térmicas (TGA e DTA) e análises estruturais (DRX). Estes estudos foram de extrema importância para destacar as principais diferenças entre o monômero e o material eletropolimerizado e, principalmente, avaliar as principais características do polímero, no sentido de viabilizar a sua utilização como plataforma do imunossensor proposto. Os estudos do imunossensor foram conduzidos utilizando-se duas substâncias que atuaram como indicadores da reação entre anticorpo específico para o IAM (antitroponina T) e antígeno específico para o IAM (troponina T), o cloreto de hexaaminrutênio II e o ferro/ferricianeto de potássio. Os resultados obtidos mostraram que o cloreto de hexaaminrutênio II teve melhor desempenho para indicar a formação do complexo anticorpo-antígeno, característico no evento do IAM. / Mestre em Química

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Prostate cancer is the second cause of death in men by tumor, surpassed only by lung cancer. Its occurrence is estimated to be 51 to 100,000 cases per year. The increasing incidence levels observed may be partially explained by the evolution of diagnostic methods, quality of information systems and longer life expectancy. The identification of new cancer specific antigens and genes may provide important biomarkers for diagnosis and instruments for the development of new treatment strategies. The Phage Display technology may be able to select peptides with different aims, such as the discovery of mimetic antigens that are recognized by specific antibodies. Selected peptides may become potential tumor biomarkers for prostate cancer diagnosis. It could be possible to use this technology to identify proteins that are able to detect cancer earlier than the conventional methods, to predict disease staging, and to develop new treatment strategies based on more efficient biological targets. The immunization of SPF (specific pathogen free) male chickens with total proteins of tissues of prostate cancer has generated polyclonal specific IgY sera, which were used in biopanning procedures against random peptide libraries. Selected phages were characterized by sequencing and bioinformatics, and subsequently by dot immunoblotting and ELISA to validate their specificity. Selected peptides were mimotopes of putative proteins involved in the carcinogenesis process. These peptides were further tested for their possible use in the immune response diagnostics associated with tumor processes. In this work, we have also successfully developed a general immunosensor for diagnostics, performed on an exclusion liquid chromatography system based on a micro column resin separation, using the selected bacteriophages as carriers of antigens and antibodies. These phage are coupled to colored latex beads, which are activated with different chemical groups. The presence of phage in the process is of fundamental importance, once they favor the formation of the antigen-antibody complex, peptide-protein or peptide-substrate, amplifying the optical detection during chromatographic separation or by micro-agglutination in slides for optical microscopy detection. The new technology is practical and simple, and may also be used for detection of other biomolecules or chemical substances associated with infectious and genetic diseases, with high precision, sensitivity, specificity, and rapidity, using low sample volumes and presenting a low cost. / O câncer de próstata é a segunda causa de óbitos por câncer em homens, sendo superado apenas pelo câncer de pulmão. A ocorrência estimada é de 51 casos novos para cada 100 mil homens por ano para este tipo de câncer. O aumento observado nas taxas de incidência pode ser parcialmente justificado pela evolução dos métodos diagnósticos, pela melhoria na qualidade dos sistemas de informação do país e pelo aumento na expectativa de vida do brasileiro. A identificação de novos antígenos ou genes específicos do câncer de próstata pode prover novos biomarcadores e também fornecer instrumentos para o desenvolvimento de novas modalidades de tratamento. A tecnologia de Phage Display é capaz de selecionar peptídeos com diversas finalidades, como mimetizar antígenos reconhecidos por anticorpos. Peptídeos selecionados por esta técnica são potenciais marcadores tumorais para o diagnóstico do câncer de próstata. Por meio desta metodologia pode ser possível identificar proteínas capazes de detectar a resposta imune contra o tumor mais precocemente do que os métodos tradicionais, predizer o estadio atual do tumor, além de permitir o desenvolvimento de tratamentos mais eficientes. Pela imunização de galos SPF (livre de patógenos específicos) com proteínas totais de tecidos tumorais da próstata, foram obtidas IgY policlonais específicas que foram utilizadas no biopanning contra uma biblioteca de peptídeos recombinantes randômicos. Os fagos selecionados foram caracterizados por seqüenciamento e subsequentemente testados por dot immunoblotting e ELISA para validar a especificidade dos mesmos. Selecionou-se peptídeos que mimetizam proteínas prostáticas, possivelmente proteínas envolvidas no processo de tumorigênese. Esses peptídeos foram testados quanto a sua possível utilização no diagnóstico da resposta imune associada a processos tumorais. Neste trabalho, também foi desenvolvido com sucesso um imunossensor para diagnóstico que tem como base de detecção um sistema de cromatografia líquida por exclusão em micro colunas cromatográficas com bacteriófagos filamentosos carreadores de antígeno(s) e/ou anticorpo(s), selecionados por phage display, acoplados microesferas de látex coloridas, ativadas com diferentes grupamentos químicos. A presença do fago é de grande importância no processo, pois favorece a formação dos complexos antígeno-anticorpo, peptídeo-proteína ou peptídeo-substrato, ampliando a detecção ótica durante a separação por cromatografia ou por microaglutinação em microscopia ótica. A nova tecnologia pode também ser usada para a detecção de biomoléculas ou substâncias químicas associados a doenças infecciosas, parasitárias e genéticas, com rapidez, precisão, sensibilidade e reprodutibilidade, utilizando-se pequenos volumes de amostras e reagentes, apresentando praticidade e baixos custos. / Doutor em Genética e Bioquímica

Este trabalho foi dedicado à produção e caracterização de filmes nanoestruturados de ZnO, depositado pelo método CBD (Chemical Bath Deposition). Trata-se de um método atrativo por ser simples, de baixo custo, por permitir o uso de diferentes substratos cristalinos ou amorfos, e por ser muito efetivo no crescimento de nanoestruturas bem orientadas. Foram realizados estudos da influência do tipo de substrato, tempo de reação e a concentração do reagente Diaminopropano na morfologia dos filmes de ZnO depositados por CBD. As técnicas MEV e MET (Microscopia Eletrônica de Varredura e Transmissão) foram utilizadas para avaliar detalhes da morfologia das nanoestruturas obtidas, enquanto que a DRX (Difração de Raios X) foi usada para fornecer a estrutura cristalina dos filmes. PL (Fotoluminescência) foi empregada para estudo das propriedades ópticas dos filmes. A técnica XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons excitados por Raios X) permitiu sondar o ambiente químico dos elementos presentes na superfície das amostras. Também, foram realizados experimentos de XAS (absorção de raios X) in situ, com o qual monitoramos a formação dos filmes de ZnO crescidos sobre o substrato de grafite. Finalmente, testes eletroquímicos com eletrodos construídos a partir da imobilização de enzimas na superfície dos filmes foram realizados, visando sua aplicação como biossensores de glicose e ureia. / This work was dedicated to the production and characterization of nanostructured ZnO films deposited by CBD (Chemical Bath Deposition) method. This is an attractive method because it is simple, low cost, allowing the use of different substrates, crystalline or amorphous, and to be very effective for the growth of well-oriented nanostructures. The investigation of the influence of the type of substrate, the reaction time and the concentration of the Diaminopropane on the morphology of ZnO films deposited by CBD were performed. The SEM and TEM (Scanning Electron Microscopy and Transmission) techniques were used to evaluate details of the morphology of the nanostructures obtained, while the XRD (X-Ray Diffraction) was used to provide the crystalline structure of the films. The photoluminescence was employed to analyze the optical properties of the films. The XPS (X-Ray photoelectron spectroscopy) allowed probing the chemical environment of the elements present on the sample surface. With the in situ XAS measurements we monitored the formation of ZnO films deposited on graphite substrate. Finally, electrochemical tests were performed on electrodes produced with the immobilization of enzymes on the surface of the ZnO films, foreseeing their use as glucose and urea biosensors.

Este trabalho foi dedicado à produção e caracterização de filmes nanoestruturados de ZnO, depositado pelo método CBD (Chemical Bath Deposition). Trata-se de um método atrativo por ser simples, de baixo custo, por permitir o uso de diferentes substratos cristalinos ou amorfos, e por ser muito efetivo no crescimento de nanoestruturas bem orientadas. Foram realizados estudos da influência do tipo de substrato, tempo de reação e a concentração do reagente Diaminopropano na morfologia dos filmes de ZnO depositados por CBD. As técnicas MEV e MET (Microscopia Eletrônica de Varredura e Transmissão) foram utilizadas para avaliar detalhes da morfologia das nanoestruturas obtidas, enquanto que a DRX (Difração de Raios X) foi usada para fornecer a estrutura cristalina dos filmes. PL (Fotoluminescência) foi empregada para estudo das propriedades ópticas dos filmes. A técnica XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons excitados por Raios X) permitiu sondar o ambiente químico dos elementos presentes na superfície das amostras. Também, foram realizados experimentos de XAS (absorção de raios X) in situ, com o qual monitoramos a formação dos filmes de ZnO crescidos sobre o substrato de grafite. Finalmente, testes eletroquímicos com eletrodos construídos a partir da imobilização de enzimas na superfície dos filmes foram realizados, visando sua aplicação como biossensores de glicose e ureia. / This work was dedicated to the production and characterization of nanostructured ZnO films deposited by CBD (Chemical Bath Deposition) method. This is an attractive method because it is simple, low cost, allowing the use of different substrates, crystalline or amorphous, and to be very effective for the growth of well-oriented nanostructures. The investigation of the influence of the type of substrate, the reaction time and the concentration of the Diaminopropane on the morphology of ZnO films deposited by CBD were performed. The SEM and TEM (Scanning Electron Microscopy and Transmission) techniques were used to evaluate details of the morphology of the nanostructures obtained, while the XRD (X-Ray Diffraction) was used to provide the crystalline structure of the films. The photoluminescence was employed to analyze the optical properties of the films. The XPS (X-Ray photoelectron spectroscopy) allowed probing the chemical environment of the elements present on the sample surface. With the in situ XAS measurements we monitored the formation of ZnO films deposited on graphite substrate. Finally, electrochemical tests were performed on electrodes produced with the immobilization of enzymes on the surface of the ZnO films, foreseeing their use as glucose and urea biosensors.