Submitted by DANIELA BRANCO TAVARES MASCAGNI null (danibtmascagni@gmail.com) on 2017-07-19T19:56:50Z No. of bitstreams: 1 TESE final.pdf: 4219528 bytes, checksum: 2e34e6b34687082855e27d79457027bc (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-07-19T20:03:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mascagni_dbt_dr_bauru.pdf: 4219528 bytes, checksum: 2e34e6b34687082855e27d79457027bc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-19T20:03:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mascagni_dbt_dr_bauru.pdf: 4219528 bytes, checksum: 2e34e6b34687082855e27d79457027bc (MD5) Previous issue date: 2017-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, foram desenvolvidos biossensores eletroquímicos enzimáticos fabricados com óxido de grafeno reduzido (rGO) e funcionalizado depositados pelas técnicas LbL (Layer-by-Layer) e Langmuir-Blodgett (LB) para a detecção de glicose. Para isso, primeiramente foi sintetizado quimicamente o óxido de grafeno (GO) pela oxidação do grafite, em seguida, o GO foi reduzido para aumentar a sua condutividade elétrica e foi funcionalizado em meio estabilizante contendo cloridrato de poli(dialildimetilamônio), formando o GPDDA, ou poli(4-estireno sulfônico) PSS, formando GPSS. Com isso, foi possível formar dispersões aquosas estáveis das nanofolhas de grafeno, essencial para a fabricação de filmes LbL. Em um primeiro momento, foram fabricados biossensores com filmes LbL contendo GPDDA, GPSS e a enzima glucose oxidase (Gox). O desempenho desses biossensores na detecção de glicose foi avaliado em função do número de bicamadas contendo Gox. O melhor desempenho na detecção de glicose foi apresentado pelo biossensor com o filme LbL com a arquitetura (GPDDA/GPSS)/(GPDDA/GPSS)2. Este biossensor apresentou limite de detecção de 13,4 µmol.L-1, sensibilidade 2,47 μA.cm-2.mmol-1.L e faixa analítica entre 0,04 e 0,95 mmol.L-1. Este biossensor foi eficiente na detecção de glicose na presença de interferentes comumente encontrados em fluidos corporais, alimentos e fármacos. Quando avaliado na detecção de glicose em amostras reais, recuperou 100,8% para uma solução eletrolítica comercial e 88,8% para leite sem lactose. Em um segundo momento, foram fabricados biossensores a partir de filmes LB contendo os mesmos materiais utilizados para fabricar os biossensores com filmes LbL (GPDDA, GPSS e Gox), com a finalidade de comparar os dois métodos de fabricação de filmes no desempenho dos biossensores. O desempenho dos biossensores fabricados com filmes LB foi avaliado em relação à quantidade de monocamadas (GPDDA/GPSS/Gox) depositadas. O melhor desempenho na detecção de glicose entre os biossensores com filme LB foi apresentado pelo biossensor de arquitetura (GPDDA/GPSS/Gox)3. Este biossensor apresentou limite de detecção 0,54 µmol.L-1, sensibilidade de 8,69 μA.cm-2.mmol-1.L e faixa analítica entre 0,0018 e 1,5 mmol.L-1. Também se mostrou eficiente na detecção de glicose na presença de interferentes e na detecção de glicose em amostra real, com recuperação de 101,2 % para o leite sem lactose. A partir dos resultados de desempenho dos biossensores com filme LbL e LB foi possível concluir que a técnica LB promoveu uma maior sinergia entre os nanomateriais, atribuída ao maior ordenamento dos nanomateriais proporcionado pela técnica LB. / In this work, enzymatic electrochemical biosensors fabricated with reduced graphene oxide (rGO) and functionalized deposited by the LbL (Layer-by-Layer) and LangmuirBlodgett (LB) techniques were developed for the detection of glucose. Firstly, to get this, graphene oxide (GO) was chemically synthesized by the oxidation of graphite and after GO was reduced to increase its electrical conductivity and it was functionalized in stabilizing medium containing the poly (diallyl dimethyl ammonium chloride) PDDA, forming the GPDDA, or poly (4-styrene sulphonic) PSS, forming GPSS. Hence, stable aqueous dispersions of graphene nanosheets were formed, essential for the fabrication of LbL films. In a first moment, biosensors with LbL films containing GPDDA, GPSS and the enzyme glucose oxidase (Gox) were fabricated. The performance of these biosensors in the detection of glucose was evaluated as a function of the number of bilayers containing Gox. The best performance in the detection of glucose was presented by the biosensor with the LbL film with the architecture (GPDDA/GPSS)/(GPDDA/GPSS)2. It presented a detection limit of 13.4 μmol.L-1 , sensitivity 2.47 μA.cm-2 .mmol-1 .L and analytical range between 0.04 and 0.95 mmol.L-1 . This biosensor was efficient in detecting glucose in the presence of interferents commonly found in body fluids, foods and drugs. When evaluated in the detection of glucose in real samples, it recovered 100.8% for a commercial electrolytic solution and 88.8% for lactose-free milk. In a second moment, biosensors were fabricated from LB films containing the same materials used to fabricate the biosensors with LbL films (GPDDA, GPSS and Gox), in order to compare the two methods of films deposition in the performance of the biosensors. The performance of biosensors fabricated with LB films was evaluated in relation to the amount of deposited monolayers (GPDDA/GPSS/Gox). The best performance on the detection of glucose among LB film biosensors was presented by the architecture biosensor (GPDDA/GPSS/Gox)3. The detection limit was 0.54 μmol.L-1 , sensitivity of 8.69 μA.cm- 2 .mmol-1 .L and analytical range between 0.0018 and 1.5 mmol.L-1 . This biosensor was also efficient in the detection of glucose in the presence of interferents and in the detection of glucose in a real sample, with a recovery of 101.2% for lactose-free milk A conclusion derived from the performance results of the biosensors with LbL and LB films, may support that LB technique promoted a greater synergy among the nanomaterials, attributed to the best arrangement of nanomaterials provided by LB technique.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2017-11-21T21:46:23Z No. of bitstreams: 1 Hugo Yves Cordeiro Eulálio - Dissertação PPG-CEMat - 2016..pdf: 9966635 bytes, checksum: 5ea265c58dad0db100d0e913e7338764 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-21T21:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hugo Yves Cordeiro Eulálio - Dissertação PPG-CEMat - 2016..pdf: 9966635 bytes, checksum: 5ea265c58dad0db100d0e913e7338764 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Um dos desafios da atualidade está em encontrar métodos simples, rápidos e seletivos para determinações específicas de compostos variados nas mais diversas aplicações. Um componente fundamental para os biossensores, tratase do transdutor, responsável por transformar e conduzir os sinais gerados devido as reações entre analito alvo e biorreceptor. Em testes iniciais viu-se que a deposição se soltava facilmente da superfície do eletrodo então com o intuito de melhorar a condutividade dos eletrodos foi realizado eletrodeposições do composto Sb/Sb2O3 nas superfícies dos suportes metálicos e visando uma melhor adesão do eletrodepositado nos metais foram realizadas eletrocorrosões nestes suportes com solução de HCl. O objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento de suportes metálicos para transdutores, submetidos a eletrodeposição de antimônio e de óxido de antimônio (Sb/Sb2O3) e ao processo de eletrocorrosão ácida, para o emprego em biossensores. Com a finalidade de identificar qual composto estava sendo depositado no metal, para visualizar a morfologia e o recobrimento e, ainda, confirmar essa possível melhor adesão realizou-se caracterizações como: microscopia eletrônica de varredura, difração de raios x, análise gravimétrica das amostras, análise da rugosidade superficial e testes de adesividade do depositado. A partir dos difratogramas foi possível observar a eletrodeposição do Sb metálico na superfície metálica. As imagens obtidas por MEV mostraram morfologias distintas que variaram dependendo do metal utilizado, da metodologia utilizada, porém todos apresentaram uma característica pulverulenta, pois são facilmente arrancados da superfície. O teste de gravimetria acusou que o cobre é mais sensível a corrosão que o aço inox. O teste de adesão mostrou que na média o cobre obteve uma maior adesão, porém a amostra que teve maior adesão foi utilizando uma fita de aço. Conclui-se que dentre os dois suportes metálicos escolhidos, levando em consideração apenas o tratamento superficial e a metodologia utilizada, o aço inox é o melhor suporte a ser empregado. / One of nowadays' challenges is to find simple, fast and selective methods for specific determinations of various compounds in various applications. A key component to the biosensor, is the transducer, responsible for transforming and lead the signals generated due to reactions between the target analyte and biorreceptor. In initial tests it was seen that the deposition easily let go of the electrode surface then, to improve the conductivity, they were conducted electrodeposition compound Sb / Sb2O3 on the surfaces of metal brackets and to better adhesion of the electroplated in metals were performed electroerosions on these stands with HCl solution. The aim of this study was to analyze the metal brackets behavior for transducers subjected to electrodeposition of antimony and antimony oxide (Sb / Sb2O3) and acid electroerosion process, for use in biosensors. In order to identify which compound was being deposited on the metal, to see the morphology and the coating and also confirm this possible better adhesion some characterizations were done, as scanning electron microscopy, X-ray diffraction, gravimetric analysis of the samples, analysis of surface roughness and deposited adhesion tests. From the XRD patterns was observed only the electrodeposition of Sb metallic on the metal surface. The images obtained by SEM showed distinct morphologies that varied depending on the metal used, the methodology used, but all had a powdery characteristic, because they are easily torn from the surface. The gravimetric test showed that copper is more sensitive to corrosion than stainless steel. The adhesion test showed that the average copper obtained an increased adhesion, but the sample had adhesion was greater using a steel tape. It is concluded that among the two metal supports chosen, taking into account only the surface treatment and the methodology used, the stainless steel is the best support to be used.

Orientador: Valber de Albuquerque Pedrosa / Resumo: O câncer de próstata é uma das principais causas de mortalidade masculina. Na atualidade, a detecção do câncer depende fortemente de métodos tradicionais baseados na análise da morfologia celular por meio de biopsias e análise do tecido. Por isso, o desenvolvimento de novos dispositivos para monitorar o metabolismo celular no diagnóstico de doenças é necessário. Atualmente pesquisas utilizando biossensores para esta finalidade possibilitaram a criação de novos dispositivos com alta sensibilidade de detecção, especificidade e capacidade de multiplexação em dispositivos portáteis para uso em diferentes áreas. Aqui iremos abortar o monitoramento dos produtos secretados por células cancerígenas utilizando biossensores. O trabalho se desenvolveu em duas frentes de pesquisa para o estudo dos compostos liberados por células cancerígenas. A primeira tratou-se de uma plataforma de biossensor integrada para monitorar a detecção de multi-analitos (glicose, lactato, superóxidos e peróxido de hidrogênio) onde o microambiente celular pode ser definido com precisão. O biossensor eletroquímico para detecção de glicose, lactato e superóxidos se baseou na utilização do hidrogel de polietileno glicol (PEG) acoplado com as enzimas: glicose oxidase (GOX), lactato desidrogenase (LOX) e superóxido dismutase (SOD) e ferroceno (Fc) como par redox utilizado nas análises eletroquímicas, em adição, a enzima peroxidase (HRP) foi conjugada com nanopartículas de ouro (par redox nas análises eletroquímicas)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

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.

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.