Desenvolvimento de biossensores impedimétricos descartáveis baseados em polímeros condutores e AuNPs para o imunidiagnóstico da Covid-19

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Volpe, Jaqueline, 1993-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/73217
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Dênio E. P. Souto
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spelling Volpe, Jaqueline, 1993-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaSouto, Dênio Emanuel Pires2022-05-12T18:03:45Z2022-05-12T18:03:45Z2021https://hdl.handle.net/1884/73217Orientador: Prof. Dr. Dênio E. P. SoutoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 30/08/2021Inclui referências: p. 63-69Resumo: A pandemia da COVID-19 (doença do coronavírus 2019) evidenciou a urgência no desenvolvimento de novos testes de diagnóstico confiáveis, de rápida resposta e baixo custo, evitando resultados falsos positivos e negativos e possibilitando testagem em alta escala. Biossensores apresentam-se como boas alternativas para tal problemática, uma vez que demonstram boa sensibilidade, seletividade e capacidade de portabilidade. No presente trabalho, foram desenvolvidos biossensores impedimétricos baseados em eletrodos modificados com polímeros condutores, decorados com nanopartículas metálicas, objetivando-se um material biocompatível, descartável e de relativa rápida resposta. Primeiramente, caracterizou-se a síntese eletroquímica dos polímeros poli (3,4-etilenodioxitiofeno - PEDOT) e polipirrol (PPy) sobre eletrodos de malha de aço, utilizando o poliestirenossulfonato de sódio (PSS) como dopante. Em seguida, nanopartículas de ouro (AuNPs) foram incorporadas a cada um dos eletrodos, etapa esta caracterizada através de técnicas eletroquímicas - (voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS)) - e microscópicas, via microscopia eletrônica de varredura. Evidenciado o sucesso na síntese de ambas as plataformas (PEDOT:PSS-AuNPs e PPy:PSS-AuNPs), com o intuito de permitir uma ligação mais ordenada e, por conseguinte, maior funcionalidade do elemento de reconhecimento (bioreceptor), foi realizada a funcionalização das AuNPs a partir da formação de uma SAM (monocamada auto-organizada), formada pela ligação do ácido 3-mercaptopropiônico. Inicialmente, foi avaliada a utilização da plataforma PEDOT:PSS-AuNP para um sistema modelo, baseado na interação biotina/avidina, imobilizando covalentemente o anticorpo biotinilado anti-avidina, sendo possível detectar, via metodologia proposta, uma concentração de 5 pmol L-1 de avidina conjugada com a enzima Horseradish peroxidase. Demonstrada a construção do biossensor para o sistema modelo, por fim, foi realizada a ligação covalente da proteína N (proteína nucleocapsídica do novo coronavírus), sendo cada etapa envolvida no processo de construção do imunossensor caracterizada por técnicas eletroquímicas e espectroscópicas (espectroscopia na região do infravermelho). Foi possível demonstrar o sucesso da construção dos biossensores utilizando cada um dos materiais poliméricos como plataforma. Em termos comparativos, o eletrodo PPy:PSS apresentou melhor resposta analítica para a detecção de anticorpos da COVID-19 exibindo limites de detecção e quantificação de 19,1 e 58,3 pmol L-1, respectivamente, e apresentando também variações significativas no parâmetro de RCT quando exposta a diluições seriadas de soro positivo para COVID-19 (1:12800 - 1:400 / V:V), diferentemente do PEDOT:PSS. Desta maneira, foi possível a produção de um biossensor impedimétrico capaz de detectar baixas concentrações de anticorpos, dispositivo esse promissor para a aplicação como uma possível nova ferramenta de diagnóstico da infecção da COVID- 19.Abstract: COVID-19 (coronavirus disease 2019) pandemic has evidenced the urge on the development of new reliable low-cost diagnostic tests, which present fast responses, avoiding false positives and negatives results, allowing large-scale testing. Biosensors present as good alternatives for this problem, showing good sensibility, selectivity, and portability. In the current work, impedimetric biosensors based on conducting polymers modified electrodes, decorated with metallic nanoparticles, aiming a biocompatible, disposable, and fast response test alternative were developed. Firstly, the electrochemical synthesis of the polymers PEDOT and PPy - poly (3,4- ethylenedioxythiophene) and polypyrrole respectively - onto stainless steel mesh was characterized, both using polystyrene sulfonate (PSS) as a dopant. After, gold nanoparticles (AuNPs) were incorporated in each of the modified electrodes, being this step characterized by electrochemical techniques - cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) - as well as microscopic techniques (scanning electron microscope). It was possible to estimate the AuNP sizes of 14 nm through microscopic techniques. Once the success in both platform synthesis (PEDOT:PSS-AuNPs and PPy:PSS-AuNPs) was evidenced, and in order to allow a more ordered binding and, therefore, greater functionality of the recognition element (bioreceptor), the functionalization of the AuNPs was performed by a SAM (selforganized monolayer) formation, established by the binding of acid 3-mercaptpropionic acid. Initially, the utilization of the PEDOT:PSS-AuNP platform was evaluated to a model system based on the biotin/avidin interaction, covalently immobilizing a biotinylated antibody anti-avidin, being possible to detect through this system, via proposed methodology, avidin-HRP in the concentration of 5 pmol L-1. Once the construction of the biotin/avidin biosensor was demonstrated, lastly, the covalent bonding of N protein onto the AuNPs surface, for both platforms, was accomplished, being each step related to the construction of the immunosensor characterized by electrochemical and spectroscopical techniques (infrared spectroscopy). It was possible to demonstrate the success in the construction of the COVID-19 immunosensors using each of the conducting polymer's platforms. In comparative terms, the PPy:PSS electrode presented a better analytical response for the detection of COVID-19 antibodies, exhibiting limits of detection and quantification of 19,1 and 58,3 pmol L-1, respectively, and presenting significative variations of RCT when exposed to serial dilutions of COVID-19 positive serums (trough 1:12800 to 1:400 / V:V), unlike PEDOT:PSS. Thus, it was possible to produce an impedimetric biosensor, capable of detecting low concentrations of antibodies of COVID-19, making this dispositive a promising tool for application in COVID-19 infection diagnosis.1 recurso online : PDF.application/pdfCOVID-19 (doença)Testes imunologicosPolimeros condutoresEletrodosNanopartículasQuímicaDesenvolvimento de biossensores impedimétricos descartáveis baseados em polímeros condutores e AuNPs para o imunidiagnóstico da Covid-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - JAQUELINE VOLPE.pdfapplication/pdf4918369https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/73217/1/R%20-%20D%20-%20JAQUELINE%20VOLPE.pdf16f60bdb1065469151119574eadd74dcMD51open access1884/732172022-05-12 15:03:45.178open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/73217Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-05-12T18:03:45Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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