Estudos fundamentais visando o desenvolvimento de biossensor fotônico para detecção de SARS-CoV-2

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dc.contributor.advisorMatos, Christiano José Santiago de
dc.contributor.authorMartins, Kevin Stefan Boszko
dc.date.accessioned2024-11-22T23:32:25Z
dc.date.available2024-11-22T23:32:25Z
dc.date.issued2024-08-01
dc.description.abstractO 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.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
dc.description.sponsorshipCNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenzie
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/39775
dc.language.isopt_BR
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.subjectaptâmeros
dc.subjectAuNP
dc.subjectbiossensor
dc.subjectCOVID-19
dc.subjectespalhamento plasmônico
dc.subjectguia de onda LSPR
dc.subjectSARS-CoV-2
dc.titleEstudos fundamentais visando o desenvolvimento de biossensor fotônico para detecção de SARS-CoV-2
dc.typeDissertação
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6843256597783676
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8988265639181772
local.contributor.authorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-3535-8614
local.contributor.board1Bonturim, Everton
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1155726883286152
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5302-9091
local.contributor.board2Giarola, Juliana de Fátima
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8254116180950150
local.contributor.coadvisorFonsaca, Jéssica Eliza Silva
local.contributor.coadvisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1812624759186552
local.contributor.coadvisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-2935-1299
local.description.abstractenThe development of new versatile and specific biosensors is a promising path for more effective disease diagnosis. In general, these devices consist of an integrated platform between a biossensitive layer, which interacts with the analyte, and a signal transducer, which generates a physicochemical response as a result of this interaction. Among the various types, photonic biosensors stand out as particularly promising diagnostic platform due to their numerous advantages, such as low detection limits, high sensitivity, and ease of integration. They are characterized by a transducing material that generates optical signals as a response to the analyte interaction with the biossensitive layer. A platform widely used in the development of these devices are silicon-based waveguides. These struc tures guide light by confining it in their core, avoiding losses and external interferences. Their use offers many opportunities in the construction of devices, since they are com pact and mechanically robust, and can easily be incorporated into microfluidic systems and Lab-on-a-chip devices for multiplexing. Aptamer-functionalized gold nanoparticles (AuNPs) are a synergistic bioreceptor-transducer pair that has gained popularity due to their distinct properties. AuNPs exhibit plasmonic behavior that can be easily tuned to meet the individual needs of each device. Taking into consideration the exposed above, this work aimed to combine these technologies to establish the fundamentals steps to wards the development of a photonic biosensor for the detection of the spike protein of the SARS-CoV-2 virus. Detection will be performed through plasmonic scattering, gener ated in Si3N4 waveguides by the agglomeration resulting from the interaction between the protein and AuNPs, monitored by an optical microscope coupled to a camera. To accom plish this, three different sizes of AuNPs were synthesized and functionalized to interact with the protein and form agglomerates. In parallel, optimizations were made to the sur face treatment of Si3N4, which is necessary for anchoring the AuNPs to the waveguides. The scattering spectrum of the immobilized AuNPs was studied by dark-field optical mi croscopy in a developed optical set-up that has an integrated spectrometer. The color of the obtained dark-field microscopy images were also analyzed in order to study the plasmonic behavior of the anchored AuNPs. These studies pave the way for the further development of the proposed device.
local.keywordsaptamers
local.keywordsAuNP
local.keywordsbiosensor
local.keywordsCOVID-19
local.keywordsplasmonic scattering
local.keywordsLSPR waveguide
local.keywordsSARS-CoV-2
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologia
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS
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