Desenvolvimento de um biossensor de transistor de efeito de campo baseado em grafeno para detectar aflatoxina B1
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/31003 |
Resumo: | A aflatoxicose é a intoxicação provocada pela ingestão de aflatoxina por intermédio de alimentos e rações contaminados. Há um grande interesse tanto do meio acadêmico quanto tecnológico na utilização de sensores miniaturizados e relativamente baratos para a detecção de aflatoxina B1. O desenvolvimento de biossensores para diagnóstico é alvo de várias pesquisas e o grafeno surge como modelo para essa aplicação devido às suas propriedades físico-químicas únicas. A realização deste projeto proposto se justifica pela escassez de informações sobre os sensores efetivos da exposição à aflatoxina B1, dada ausência de biossensores que possibilitem esse diagnóstico e visa desenvolver método para ser utilizado como dispositivo do tipo point-of-care para detectar e quantificar a aflatoxina B1-N7-guanina oriundo da ingestão dietética de aflatoxina B1. O grafeno utilizado foi crescido por método de deposição química em fase vapor. Um método de transferência eletroquímica foi utilizado para se retirar o grafeno de seu substrato de crescimento. O dispositivo foi construído contendo um canal de silicone fechado com aberturas unicamente para entrada das soluções da reação e do eletrodo de medição. A área do grafeno foi delimitada por fotolitografia a pequenos retângulos microscópicos sobre contatos de ouro. O grafeno foi funcionalizado com uma solução contendo um linker, o ácido 1-pirenobutanoico éster N-hidroxisuccinimida, uma molécula capaz de interagir com o grafeno e proteínas. A condição intrínseca do grafeno construído em cada chip fabricado foi caracterizada eletricamente por curvas de corrente por tensão de fonte e dreno (IFD × VFD) para todos os conjuntos de eletrodos produzidos. Amostras obtidas do crescimento realizado no laboratório apresentam resistências da ordem de 800 a 3 kΩ. Para averiguar que o grafeno produzido era composto por uma monocamada, algumas medidas de espectroscopia Raman foram realizadas e ensaios de microscopia de fluorescência foram feitos para se determinar a adesão de anticorpos anti-aflatoxina ao grafeno. Com o intuito de utilizar o grafeno como um biossensor, foram avaliados o comportamento e a resposta deste ao efeito de campo por meio da verificação das curvas IFD × VFD. Uma análise de microscopia de força atômica foi realizada para se visualizar a distribuição em nível nanométrico do conjunto linker e proteína. Os dados ilustram uma relação linear dentro da faixa de 0 a 50 nmol/L com R² = 0,977. O limite de detecção de aflatoxina B1-N7-guanina foi calculado em 3,26 nmol/L. Este trabalho apresenta como perspectivas empregar os sensores de grafeno para detecção de aflatoxina B1-N7-guanina atribuindo confiabilidade no diagnóstico rápido de intoxicação e exposição à aflatoxina B1. |
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Paulo Sérgio Lacerda Beirãohttp://lattes.cnpq.br/0310911349229745Eliane Novato SilvaRodrigo Gribel LacerdaRonaldo Alves Pinto NagemAry Corrêa JúniorCecília de Carvalho Castro e SilvaLuiz Guilherme Dias Heneinehttp://lattes.cnpq.br/3519596102390605Paulo Alexandre Alves de Almeida Neves2019-11-18T15:18:36Z2019-11-18T15:18:36Z2019-10-04http://hdl.handle.net/1843/310030000-0002-5576-1435A aflatoxicose é a intoxicação provocada pela ingestão de aflatoxina por intermédio de alimentos e rações contaminados. Há um grande interesse tanto do meio acadêmico quanto tecnológico na utilização de sensores miniaturizados e relativamente baratos para a detecção de aflatoxina B1. O desenvolvimento de biossensores para diagnóstico é alvo de várias pesquisas e o grafeno surge como modelo para essa aplicação devido às suas propriedades físico-químicas únicas. A realização deste projeto proposto se justifica pela escassez de informações sobre os sensores efetivos da exposição à aflatoxina B1, dada ausência de biossensores que possibilitem esse diagnóstico e visa desenvolver método para ser utilizado como dispositivo do tipo point-of-care para detectar e quantificar a aflatoxina B1-N7-guanina oriundo da ingestão dietética de aflatoxina B1. O grafeno utilizado foi crescido por método de deposição química em fase vapor. Um método de transferência eletroquímica foi utilizado para se retirar o grafeno de seu substrato de crescimento. O dispositivo foi construído contendo um canal de silicone fechado com aberturas unicamente para entrada das soluções da reação e do eletrodo de medição. A área do grafeno foi delimitada por fotolitografia a pequenos retângulos microscópicos sobre contatos de ouro. O grafeno foi funcionalizado com uma solução contendo um linker, o ácido 1-pirenobutanoico éster N-hidroxisuccinimida, uma molécula capaz de interagir com o grafeno e proteínas. A condição intrínseca do grafeno construído em cada chip fabricado foi caracterizada eletricamente por curvas de corrente por tensão de fonte e dreno (IFD × VFD) para todos os conjuntos de eletrodos produzidos. Amostras obtidas do crescimento realizado no laboratório apresentam resistências da ordem de 800 a 3 kΩ. Para averiguar que o grafeno produzido era composto por uma monocamada, algumas medidas de espectroscopia Raman foram realizadas e ensaios de microscopia de fluorescência foram feitos para se determinar a adesão de anticorpos anti-aflatoxina ao grafeno. Com o intuito de utilizar o grafeno como um biossensor, foram avaliados o comportamento e a resposta deste ao efeito de campo por meio da verificação das curvas IFD × VFD. Uma análise de microscopia de força atômica foi realizada para se visualizar a distribuição em nível nanométrico do conjunto linker e proteína. Os dados ilustram uma relação linear dentro da faixa de 0 a 50 nmol/L com R² = 0,977. O limite de detecção de aflatoxina B1-N7-guanina foi calculado em 3,26 nmol/L. Este trabalho apresenta como perspectivas empregar os sensores de grafeno para detecção de aflatoxina B1-N7-guanina atribuindo confiabilidade no diagnóstico rápido de intoxicação e exposição à aflatoxina B1.Aflatoxicosis is an intoxication caused by ingestion of aflatoxin through contaminated food and ration. There is great interest from both academia and industry in the use of relatively inexpensive miniaturized sensors for the detection of aflatoxin B1. The development of diagnostic biosensors has been the subject of much research and graphene is a model for this application due to its unique physicochemical properties. The realization of this proposed project is justified by the scarcity of information about the effective exposure sensors to aflatoxin B1, given the absence of biosensors that allow this diagnosis and aims to develop a method to be used as a point-of-care device to detect and quantify aflatoxin B1-N7-guanine from dietary ingestion of aflatoxin B1. The graphene used was grown by chemical vapor deposition method. An electrochemical transfer method was used to remove graphene from its growth substrate. The device was constructed containing a closed silicon channel with openings solely for the input of reaction solutions and the measuring electrode. The area of graphene was delimited by photolithography to small microscopic rectangles on gold contacts. Graphene was functionalized with a solution containing a linker, 1-pyrenobutanoic acid N-hydroxysuccinimide ester, a molecule capable of interacting with graphene and proteins. The intrinsic condition of the graphene built on each chip manufactured was electrically characterized by source and drain voltage curves (ISD × VSD) for all electrode assemblies produced. Samples obtained from the growth performed in the laboratory have resistances of 800 to 3 kΩ. To verify that the graphene produced was composed of a monolayer, some Raman spectroscopy measurements were performed and fluorescence microscopy assays were performed to determine the adhesion of anti-aflatoxin antibodies to the graphene. In order to use graphene as a biosensor, its behavior and response to the field effect were evaluated by checking the ISD × VSD curves. An atomic force microscopy analysis was performed to visualize the nanometer level distribution of the linker and protein assembly. The data illustrate a linear relationship within the range of 0 to 50 nmol / L with R² = 0.977. The detection limit of aflatoxin B1-N7-guanine was calculated at 3.26 nmol / L. This paper presents the prospects of employing graphene sensors for the detection of aflatoxin B1-N7-guanine, providing reliability in the rapid diagnosis of aflatoxin B1 poisoning and exposure.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Bioquímica e ImunologiaUFMGBrasilICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICASBioquímicaAflatoxina B1GrafenoTécnicas BiossensoriaisAflatoxina B1GrafenoBiossensorGFETDesenvolvimento de um biossensor de transistor de efeito de campo baseado em grafeno para detectar aflatoxina B1Development of a graphene field-effect transistor biosensor to detect aflatoxin B1info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALTese_Paulo_Alexandre_Alves_de_Almeida_Neves.pdfTese_Paulo_Alexandre_Alves_de_Almeida_Neves.pdfapplication/pdf6872267https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/31003/1/Tese_Paulo_Alexandre_Alves_de_Almeida_Neves.pdfd504210cdc993b31c642c9462ba0d901MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82119https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/31003/2/license.txt34badce4be7e31e3adb4575ae96af679MD52TEXTTese_Paulo_Alexandre_Alves_de_Almeida_Neves.pdf.txtTese_Paulo_Alexandre_Alves_de_Almeida_Neves.pdf.txtExtracted texttext/plain194038https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/31003/3/Tese_Paulo_Alexandre_Alves_de_Almeida_Neves.pdf.txtb6d189fb9747d2477d0f26b2f9a37cf5MD531843/310032019-11-19 03:30:28.252oai:repositorio.ufmg.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-19T06:30:28Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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