Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis por Orientador "Matos, Christiano José Santiago de"
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- DissertaçãoAnálise multivariada de sinais SERS para a detecção de moléculas sobre nanocompósito de tetraóxido de tricobalto e nanopartículas de prataTieppo, Kamila (2024-02-20)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Diagnosticar doenças precocemente resulta em uma probabilidade maior de sucesso no tratamento e em prognósticos positivos, no entanto, envolve também a detecção de ana litos em baixa concentração e o uso de ensaios demorados para detectar analitos ligados a uma doença específica. Por outro lado, métodos aplicados em laboratórios de pesquisa, como a espectroscopia Raman intensificada por superfície (ou SERS), são ultra-sensíveis, altamente seletivos e podem detectar instantaneamente a presença de um ou mais analitos diferentes. A espectroscopia SERS se baseia na interação entre o analito e uma superfície, que normalmente consiste em nanopartículas metálicas. Consequentemente, a eficiência do SERS é diretamente dependente da superfície, e selecionar os materiais que a constituem e sintetizá-los tornam-se etapas cruciais para obtenção de sinais magnificados e reprodutíveis. As nanopartículas de prata (AgNPs) têm sido amplamente aplicadas como constituintes de plataformas SERS e, ao combiná-las a materiais bidimensionais (2D), resultam em nanocompósitos com propriedades plasmônicas superiores às dos materiais isolados. Além disso, os materiais 2D podem atuar como suporte para as AgNPs e estabilizá-las durante o processo de síntese. Ainda assim, apesar da obtenção de substratos SERS eficientes e baseados no nanocompósito, ao aplicá-los para a detecção de analitos em amostras complexas, a extração das informações do sinal SERS, correspondentes a cada analito, se torna um processo complexo também. Uma maneira de lidar com tal complexidade é implementar modelos de Machine Learning para análise multivariada dos sinais. O modelo aprende com base na similaridade dos sinais e pode relacioná-los a analitos específicos. A Análise de Componentes Principais (ou PCA) é um dos métodos de análise multivariada e, portanto, uma alternativa de aumentar a interpretabilidade e reduzir a complexidade de um conjunto de sinais SERS, preservando o máximo de informações estatísticas do sinal original. Em vista disso, este trabalho dispõe os resultados da (i) síntese de um nanocompósito baseado em óxido de cobalto (Co3O4) e AgNPs, por meio de uma rota de síntese interfacial, em que o nanocompósito se forma em uma interface água/tolueno; (ii) obtenção dos substratos SERS ao pescar o nanocompósito da interface com um substrato de Si/SiO2; e (iii) implementação de um modelo de análise multivariada dos sinais SERS baseado no PCA, para detecção e classificação de soluções de moléculas-modelo, como a rodamina 6G e o azul de metileno, de concentração 1×10−4 mol L−1 . Em (iii), as moléculas-modelo foram analisadas individualmente ou misturadas entre si e, no caso das misturas, foram preparadas em proporções de 1:1, 1:2 e 1:3 (v/v, R6G:MB). Ao alcançar (i)-(iii), medidas SERS estarão mais próximas da aplicação final, não somente difundidas no ambiente de pesquisa, e o modelo poderá ser aplicado na detecção de analitos reais. - DissertaçãoEstudos fundamentais visando o desenvolvimento de biossensor fotônico para detecção de SARS-CoV-2Martins, Kevin Stefan Boszko (2024-08-01)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O desenvolvimento de novos biossensores, que possuam versatilidade e especificidade, é um caminho promissor para o diagnóstico mais efetivo de doenças. De uma forma geral, esses dispositivos consistem em uma plataforma integrada entre uma camada biossensível, que interage com o analito, e um transdutor de sinal, que gera uma resposta físico-química como consequência dessa interação. Biossensores fotônicos são uma categoria promissora para o desenvolvimento de plataformas de diagnóstico por possuírem uma série de benefícios tais como baixos limites de detecção, alta sensibilidade e facilidade de integração. Estes se diferenciam por seu material transdutor gerar respostas óticas como consequência da interação com o analito. Uma plataforma de desenvolvimento muito uti lizada no desenvolvimento desses dispositivos são os guias de onda integrados baseados em silício. Estas estruturas guiam a luz confinada em seu núcleo evitando perdas e interferências externas. Seu uso oferece muitas oportunidades na construção de dispositivos, já que são mais compactos e robustos mecanicamente, podendo facilmente ser incorporados em sistemas microfluídicos e dispositivos do tipo Lab-on-a-chip para realização de múltiplas análises simultâneas. Nanopartículas de ouro (AuNPs) funcionalizadas com aptâmeros são um par bioreceptor-transdutor sinérgico que vem ganhando popularidade devido às suas propriedades distintas. AuNPs exibem comportamento plasmônico que pode ser fa cilmente ajustado para atender as necessidades individuais de cada dispositivo. Em vista disso, este trabalho teve como objetivo a união dessas tecnologias para desenvolver as bases de um biossensor fotônico para detecção da proteína spike do vírus SARS-CoV-2. A detecção será realizada através do espalhamento plasmônico, gerado em guias de onda de Si3N4 pela aglomeração resultante da interação entre a proteína e AuNPs, monitorado por um microscópio ótico acoplado a uma câmera. Para isso, 3 tamanhos de AuNPs foram sintetizadas e funcionalizadas a fim de interagirem com a proteína e aglomerarem. Em paralelo foram feitas otimizações no tratamento de superfície de Si3N4 necessário para ancoragem das AuNPs nos guias de onda. O espectro de espalhamento das AuNPs imobilizadas foi estudado através de microscopia ótica de campo escuro em uma montagem ótica desenvolvida que possui um espectrômetro integrado. A coloração das imagens de microscopia obtidas também foi analisadas a fim de estudar o comportamento plasmônico das AuNPs ancoradas. Esses estudos abrem o caminho para a continuidade do desenvolvimento do dispositivo proposto.