Este trabalho descreve a preparação, a caracterização e o uso de um biossensor bienzimático confeccionado com as enzimas glicose oxidase e frutose dehidrogenase imobilizadas em camadas auto-organizadas ou self-assembled monolayers (SAMs) de cistamina para a quantificação de açúcares em alimentos. Após o preparo do eletrodo de ouro com a SAM de cistamina, biossensores foram construídos e para obtenção de melhores respostas, condições foram otimizadas, tais como: concentração do mediador tetratiafulvaleno (TTF), porcentagem de glutaraldeído, temperatura e tempo de vida do biossensor. Com as condições estabelecidas, fez-se então, a determinação analítica da D-glicose e da D-frutose em eletrólito puro pelo método da adição de padrão e os resultados foram obtidos por voltametria cíclica e cronoamperometria. A corrente de pico de oxidação do mediador de elétrons (TTF) aumentou proporcionalmente com o aumento da concentração e não ocorreram deslocamentos nos potenciais de pico. Os limites de detecção (LD) foram encontrados por meio do desvio padrão da média aritmética de dez amperogramas do branco no potencial equivalente aos dos picos de oxidação do mediador de elétrons TTF, juntamente com o valor do coeficiente angular da curva analítica. Após a obtenção da curva analítica o biossensor foi aplicado diretamente em amostras de refrigerante dietético e não dietético, bem como em amostras de adoçantes comerciais, onde foram realizados testes comparativos da resposta dos biossensores. Para o eletrólito puro e amostras de refrigerante dietético e de adoçantes, ou seja, onde não há presença de D-glicose e D-frutose, notou-se a ausência de corrente de pico, enquanto que para as amostras de refrigerante não dietético, houve um valor significativo de resposta de corrente, indicando a presença dos açúcares em estudo. Com o propósito de verificar a influência de interferentes e o efeito de matriz, foi construída uma curva analítica para a D-glicose e para a D-frutose, em amostras de refrigerante dietético e adoçantes, onde foram obtidas as menores quantidade destes açúcares. Para o refrigerante não dietético, foi determinado o valor inicial dos açúcares presentes nas amostras. Pode-se afirmar que a utilização dos biossensores baseados nas enzimas GOx e FDH mostraram-se eficientes para a determinação dos açúcares D-glicose e D-frutose nas amostras analisadas (com diferença significativa nos valores de corrente), apresentando uma resposta rápida, além da eliminação do efeito da matriz. A utilização do mediador de elétrons (TTF) possibilitou a reação em potencial próximo de zero, diminuindo o efeito de interferentes e evitando a desnaturação das enzimas. / This work describes the preparation, characterization and application of a bienzymatic biosensor based in the glucose oxidaze and fructose dehydrogenase immobilized on self-assembled monolayer of cystamine for sugar quantification in foodstuff. After the modification of the gold electrode with cystamine, the biosensors were developed and optimized for best responses. Optimization parameters were: mediator tetrathiafulvalene (TTF) concentration, glutaraldehyde percentage, temperature and life time of the biosensor. With the best conditions established, the analytical determinations of d-glucose and d-fructose in pure phosphate buffer were conducted by the standard additions method and the results obtained by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The oxidation peak current related to the TTF voltammetric behavior raised proportionally to the increasing concentration of d-glucose or d-fructose, in a given and constant peak potential. The methodology detection limits were found using the standard deviation of ten chronoamperograms of the blank solution, in the potential value corresponding to that of TTF oxidation, and the slope of the analytical curve. After the analytical curve acquirement the biosensor was directly applied in samples of diet or non-diet softdrinks, as well as in commercial sweeteners samples, with comparative tests of the biosensor responses. For pure electrolyte and for diet foodstuff samples, i.e., were there is not expectation for d-glucose or d-fructose existence, it was detected the lack of the voltammetric peak associated with the mediator oxidation. In non-diet samples, a pronounced voltammetric peak was obtained, testifying the presence of sugar in the electrolytes under study. The matrix effect was verified by means of an analytical curve obtained for both analytes (d-glucose and d-fructose), in diet and sweeteners samples, properly spiked with known amounts of each analyte. It can be concluded that the utilization of the biosensor based in GOx and FDH showed to be efficient for d-glucose and d-fructose determinations in the analysed samples, with a fast response time and elimination of the matrix effect. The mediator promoted the electrochemical reaction to occur in potentials very close to zero, minimizing the interferences or the enzyme denaturation.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4462.pdf: 4273464 bytes, checksum: 0edd147ff165382e58073330d180f98d (MD5) Previous issue date: 2012-07-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work shows development of immunosensors for agronomic interest and public heath. The first was a piezoeletric immunosensor to detect a cysteine peptidase, a potencial biomarker for Xanthomonas citri subsp. citri that cause a citrus Canker. Another was electrochemical immunosensor based on gold nanoparticles as a label and magnetic beads as capture phase of Salmonella enterica subsp. enterica sorovar Typhimurium LT2 (S). The piezoelectric immunoassay was based on immobilization of polyclonal antibody against CPXaC (anti-CPXaC), produced in rabbit, onto three different monolayers that modified gold quartz crystal, which were evaluated by monitoring frequency and energy dissipation in real time when 64.5×10-8 mol L-1 of CPXaC was added. The better relation between analytical response and energy dissipation was obtained with immobilization onto 11- mercaptoundecanoic acid which presented a detection limit of 13.0 nmol L-1 as well as good values for the kinetic and equilibrium binding constant. The immunosensor showed good specificity with no response for different proteins include another cysteine peptidase that is used as a target for detects Xylella fastidiosa bacterium responsible for other important disease in citrus. For detection of Salmonella using a magneto-immunoassay and gold nanoparticles (AuNPs) as label was developed based on the use of a screen-printed carbon electrode (SPCE) that incorporates a permanent magnet underneath. Salmonella spiked in milk samples (i.e. skimmed milk) have been tested by using anti-Salmonella magnetic beads (MBs-SAb) as capture phase and sandwiching afterwards with AuNPs modified antibodies (SAb-AuNPs). AuNPs detection using differential pulse voltammetry (DPV) following a previous established procedure is performed. And a detection limit of 143 CFU mL-1 and a linear range of from 103 to 106 CFU mL-1 of Salmonella, with a coefficient of variation of about 2.4%, was obtained. Recoveries of the sensor by spiking skimmed milk with different quantities of Salmonella of about 83 and 94 % for xviii 1.5 x 103 and 1.5 x 105 CFU mL-1 were obtained, respectively. This work demonstrated the possibility to detect CPXaC with a piezoelectric immunosensor as well as electrochemical immunosensor to detect Salmonella spiked in milk samples. / No presente trabalho estudou-se o desenvolvimento de imunossensores para aplicação em amostras de interesse agronômico e de saúde. Foram desenvolvidos um imunossensor piezelétrico para cisteíno peptidase (CPXaC), um potencial biomarcador para Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc) causadora do Cancro cítrico, e um imunossensor eletroquímico baseado em nanopartículas de ouro como marcador e utilizando partículas magnéticas para separação e pré-concentração de Salmonela enterica subsp. enterica sorovar Typhimurium LT2 (S). O imunoensensor piezelétrico foi baseado em três estratégias de imobilização do anticorpo policlonal anti-CPXaC, produzido em coelho, contra CPXaC sobre a superfície de ouro do cristal de quartzo. As superfícies de imobilização foram avaliadas monitorando a variação da frequência ressonante do cristal de quartzo (Δ ) e o valor da dissipação de energia (ΔD) em tempo real adicionando 645×10-9 mol L-1 CPXaC. A melhor relação entre resposta analítica e dissipação de energia do imunossensor foi obtida com a imobilização do anticorpo sobre ácido 11-mercaptoundecanóico (MUA), o qual apresentou um limite de detecção de 13,0 nmol L-1, bem como valores de constante cinética e de equilíbrio para interação antígeno-anticorpo concordantes com os da literatura. Por fim, o imunossensor apresentou boa especificidade não apresentando resposta para diferentes proteínas estudas, incluindo outra cisteíno peptidase que é usada com alvo para detectar Xylella fastidiosa, bactéria responsável por outra importante doença de cítrus. A detecção de Salmonela utilizando um magneto-imunoensaio e nanopartículas de ouro (AuNPs) como marcador foi desenvolvido utilizando um eletrodo de carbono impresso (SPCE) que incorpora um ímã permanente. Amostras de leite desnatado fortificadas com Salmonela foram testadas usando partículas magnéticas modificadas com anti-Salmonela (MBs-SAc), para a fase de separação e pré-concentração, e marcadas posteriomente com nanopartículas de ouro (AuNPs) modificados com anticorpo secundário anti-salmonela (SAcxvi AuNPs), o qual foi detectado usando voltametria de pulso diferencial (DPV). Um limite de detecção de 143 CFU mL-1 e um intervalo linear 103-106 CFU mL-1 de Salmonela, com um coeficiente de variação de cerca de 2,4%, foram obtidos. As recuperações do sensor em leite desnatado foram de 83 e 94% para 1,5 x 103 e 1,5 x 105 CFU mL-1, respectivamente. Este trabalho demonstrou com sucesso a possibilidade do uso de imunossensores piezelétricos para detectar CPXaC, bem como um imunossensor eletroquímico para detectar Salmonela em amostras de leite fortificadas.

Este trabalho descreve a preparação, a caracterização e o uso de um biossensor bienzimático confeccionado com as enzimas glicose oxidase e frutose dehidrogenase imobilizadas em camadas auto-organizadas ou self-assembled monolayers (SAMs) de cistamina para a quantificação de açúcares em alimentos. Após o preparo do eletrodo de ouro com a SAM de cistamina, biossensores foram construídos e para obtenção de melhores respostas, condições foram otimizadas, tais como: concentração do mediador tetratiafulvaleno (TTF), porcentagem de glutaraldeído, temperatura e tempo de vida do biossensor. Com as condições estabelecidas, fez-se então, a determinação analítica da D-glicose e da D-frutose em eletrólito puro pelo método da adição de padrão e os resultados foram obtidos por voltametria cíclica e cronoamperometria. A corrente de pico de oxidação do mediador de elétrons (TTF) aumentou proporcionalmente com o aumento da concentração e não ocorreram deslocamentos nos potenciais de pico. Os limites de detecção (LD) foram encontrados por meio do desvio padrão da média aritmética de dez amperogramas do branco no potencial equivalente aos dos picos de oxidação do mediador de elétrons TTF, juntamente com o valor do coeficiente angular da curva analítica. Após a obtenção da curva analítica o biossensor foi aplicado diretamente em amostras de refrigerante dietético e não dietético, bem como em amostras de adoçantes comerciais, onde foram realizados testes comparativos da resposta dos biossensores. Para o eletrólito puro e amostras de refrigerante dietético e de adoçantes, ou seja, onde não há presença de D-glicose e D-frutose, notou-se a ausência de corrente de pico, enquanto que para as amostras de refrigerante não dietético, houve um valor significativo de resposta de corrente, indicando a presença dos açúcares em estudo. Com o propósito de verificar a influência de interferentes e o efeito de matriz, foi construída uma curva analítica para a D-glicose e para a D-frutose, em amostras de refrigerante dietético e adoçantes, onde foram obtidas as menores quantidade destes açúcares. Para o refrigerante não dietético, foi determinado o valor inicial dos açúcares presentes nas amostras. Pode-se afirmar que a utilização dos biossensores baseados nas enzimas GOx e FDH mostraram-se eficientes para a determinação dos açúcares D-glicose e D-frutose nas amostras analisadas (com diferença significativa nos valores de corrente), apresentando uma resposta rápida, além da eliminação do efeito da matriz. A utilização do mediador de elétrons (TTF) possibilitou a reação em potencial próximo de zero, diminuindo o efeito de interferentes e evitando a desnaturação das enzimas. / This work describes the preparation, characterization and application of a bienzymatic biosensor based in the glucose oxidaze and fructose dehydrogenase immobilized on self-assembled monolayer of cystamine for sugar quantification in foodstuff. After the modification of the gold electrode with cystamine, the biosensors were developed and optimized for best responses. Optimization parameters were: mediator tetrathiafulvalene (TTF) concentration, glutaraldehyde percentage, temperature and life time of the biosensor. With the best conditions established, the analytical determinations of d-glucose and d-fructose in pure phosphate buffer were conducted by the standard additions method and the results obtained by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The oxidation peak current related to the TTF voltammetric behavior raised proportionally to the increasing concentration of d-glucose or d-fructose, in a given and constant peak potential. The methodology detection limits were found using the standard deviation of ten chronoamperograms of the blank solution, in the potential value corresponding to that of TTF oxidation, and the slope of the analytical curve. After the analytical curve acquirement the biosensor was directly applied in samples of diet or non-diet softdrinks, as well as in commercial sweeteners samples, with comparative tests of the biosensor responses. For pure electrolyte and for diet foodstuff samples, i.e., were there is not expectation for d-glucose or d-fructose existence, it was detected the lack of the voltammetric peak associated with the mediator oxidation. In non-diet samples, a pronounced voltammetric peak was obtained, testifying the presence of sugar in the electrolytes under study. The matrix effect was verified by means of an analytical curve obtained for both analytes (d-glucose and d-fructose), in diet and sweeteners samples, properly spiked with known amounts of each analyte. It can be concluded that the utilization of the biosensor based in GOx and FDH showed to be efficient for d-glucose and d-fructose determinations in the analysed samples, with a fast response time and elimination of the matrix effect. The mediator promoted the electrochemical reaction to occur in potentials very close to zero, minimizing the interferences or the enzyme denaturation.