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http://hdl.handle.net/1843/69575
Type: | Tese |
Title: | Desenvolvimento de biossensores com base em grafeno |
Authors: | Pedro Rodrigues de Almeida III |
First Advisor: | Elmo Salomão Alves |
First Referee: | Rodrigo Gribel Lacerda |
Second Referee: | Wagner Nunes Rodrigues |
Third Referee: | Eduardo Nery Duarte de Araújo |
metadata.dc.contributor.referee4: | Alex Aparecido Ferreira |
Abstract: | Os estados membros das Nações Unidas adotaram em 2021 a Declaração Política das Nações Unidas sobre o Fim da AIDS. A declaração especifica diversas ações para atingir a meta de, até o ano de 2030, retirar a AIDS da lista de ameaças à saúde pública. Entre essas ações podemos destacar o uso de medicamentos antirretrovirais como profilaxia pré-exposição e o progresso na pesquisa sobre antirretrovirais à base de microbicidas. Assim, é necessário o desenvolvimento de novos medicamentos anti-HIV e tecnologias que permitam o controle da qualidade destes medicamentos, implicando a sua utilização segura pelos seres humanos. Recentemente, vários estudos relataram as propriedades antivirais das proteínas recombinantes Cianovirina-N (rCV-N), Sictovirina (rSVN) e Grifitisina (rGRFT), que são microbicidas contra o HIV. Visando auxiliar na produção e no controle de qualidade desses microbicidas, desenvolvemos dispositivos com base em grafeno, estruturado como um transistor de efeito de campo sensível a íons. A funcionalização destes dispositivos com anticorpos apropriados tornou-os seletivos para as proteínas citadas acima. A caracterização dos imunossensores foi realizada a partir de medidas elétricas dos dispositivos, quando em contato com soluções em diferentes concentrações do material biológico estudado. Medimos mudanças na condução elétrica do grafeno devido à formação de um complexo imune entre os anticorpos imobilizados sobre o material e as proteínas alvo das soluções com material biológico. Estas medições confirmaram a seletividade dos imunossensores desenvolvidos para as proteínas alvo, demonstrando o sucesso do processo de funcionalização do dispositivo. Desenvolvemos um modelo para explicar o funcionamento do imunossensor produzido nesse estudo, no qual é proposto que efeitos capacitivos são responsáveis pela geração de sinais, de forma que a formação do complexo imune altera a distribuição das cargas elétricas na proximidade do grafeno. A partir de medidas sob ação de campo magnético demonstramos a validade do modelo proposto. Fomos capazes de estabelecer curvas de calibração para imunossensores de rCV-N e rSVN e determinar a concentração limite para detecção dos imunossensores na ordem de pg/mL. Demonstramos que os imunossensores desenvolvidos são capazes de detectar as proteínas-alvo mesmo em soluções complexas. Isso foi demonstrado utilizando soluções, brutas e semi-purificadas, provenientes de sementes de soja geneticamente modificadas para expressar a proteína rCV-N. Por fim, destacamos a possibilidade do uso desses dispositivos em análises qualitativas e quantitativas de sistemas de expressão de proteínas em plantas e como um potencial auxiliador na produção de inibidores da transmissão do HIV. |
Abstract: | United Nations member states adopted in 2021 the United Nations Political Declaration on Ending AIDS. The declaration specifies various actions to achieve the goal to get the world on track to end AIDS as a public health threat by 2030. Among these actions, we highlight the use of antiretroviral medicines as pre-exposure prophylaxis and progress in research on antiretroviral-based microbicides. Thus, it appears necessary to develop new anti-HIV drugs and technologies that allow for quality control of these drugs, ensuring their safe use by humans. Recently, several studies have reported the antiviral properties of the recombinant proteins Cyanovirin-N (rCV-N), Sictovirin (rSVN) and Grifitisin (rGRFT), which act as microbicides against HIV. To aid in the production and quality control of these microbicides, we developed devices based on graphene structured as ion-sensitive field-effect transistors. Functionalizing these devices with appropriate antibodies made them selective to the target biological material. The characterization of the immunosensors was carried out based on electrical measurements of the devices, when in contact with solutions at different concentrations of the target biological material. We measured changes in the electrical conduction of graphene caused by the immune complex formed between antibodies immobilized on graphene and target proteins. These measurements confirmed the developed immunosensors selectivity to target proteins, demonstrating the success of the device functionalization process. We developed a model to explain the functioning of the immunosensor developed in this study, in which it is proposed that capacitive effects are responsible for the generation of signals, so that the formation of the immune complex alters the distribution of electrical charges in the vicinity of graphene. From measurements under the action of a magnetic field, we demonstrate the validity of the proposed model. We were able to obtain calibration curves for rCV-N and rSVN immunosensors and determine the limit of detection of the immunosensors on the order of pg/mL. We demonstrated that the developed immunosensors can detect target proteins even in complex solutions. This was demonstrated using crude and semi-purified solutions from soybean seeds genetically modified to express rCV-N protein. Finally, we emphasize the possibility of using these devices in qualitative and quantitative analysis of protein expression systems in plants and as a potential aid in the production of HIV transmission inhibitors. |
Subject: | Grafeno Biossensores Proteínas recombinantes HIV |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/69575 |
Issue Date: | 8-Mar-2024 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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