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Type: Tese de Doutorado
Title: Biossensor nanoestruturado construído através da imobilização multicamada de enzimas
Authors: Marco Elisio Marques
First Advisor: Herman Sander Mansur
First Referee: Luiz Carlos Alves de Oliveira
Second Referee: Joao Marcos Madurro
Third Referee: Edesia Martins Barros de Sousa
metadata.dc.contributor.referee4: Alexandra Ancelmo Piscitelli Mansur
Abstract: A construção de biossensores tem sido bastante estudada nos últimos anos, em especial os biossensores enzimáticos os quais são, dentre os demais, os que atingiram maior maturidade e maior escala industrial. O uso de nanotecnologia abriu novas perspectivas na construção destes componentes. A capacidade de controle a nível molecular carrega consigo a possibilidade do planejamento da estrutura a ser construída, por vezes antevendo a melhor configuração a ser empregada. O objetivo desta pesquisa foi a construção de um biossensor enzimático multicamada com estruturas nanométricas, utilizando-se de três enzimas: glucose oxidase extraída do fungo Aspergillus Niger (GOx), peroxidase proveniente do rábano silvestre (HRP) e invertase proveniente de leveduras de pão (INV), previamente submetidas a uma etapa de biotinização. Foi usado para sua construção o método de deposição camada sobre camada (LbL-layer-by-layer) através de imobilização covalente da 1ª camada e imobilização por afinidade nas camadas superiores. A construção de biossensores com estruturas contendo múltiplas camadas foi obtida com sucesso. Estas estruturas foram comparadas entre si e diferenças significativas foram encontradas entre as mesmas em função da sequência da imobilização das enzimas e do pH em que foi avaliado o sistema: - Estruturas bienzimáticas construídas pela imobilização da GOx na primeira camada e HRP na segunda camada apresentaram resultados de atividade enzimática aproximadamente 1,7 vezes maiores que as estruturas obtidas pela imobilização da HRP na primeira camada e GOx na segunda camada, quando avaliadas em tampão PBS (pH=7,4). Este comportamento apresentou inversão quando as estruturas foram avaliadas em tampão citrato (pH= 5,3); - Estruturas trienzimáticas construídas pela imobilização da HRP na primeira camada, GOx na segunda camada e INV na terceira camada apresentaram resultados de atividade enzimática aproximadamente 1,5 vezes maiores que as estruturas construídas pela imobilização da GOx na primeira camada, HRP na segunda camada e INV na terceira camada , em tampão citrato; Estas diferenças foram creditadas à existência de microambientes nas proximidades das enzimas, causadas por interações eletrostáticas entre os aminoácidos das enzimas, o substrato e o suporte sólido. As estruturas bienzimáticas foram submetidas a amostras de refrigerantes regular (adoçado com açúcar) e dietético, como prova de conceito, e apresentaram resposta catalítica na detecção de glucose em amostras de refrigerante regular. A estrutura tridimensional empregada na construção das estruturas bienzimáticas e trienzimáticas tem potencial aplicação para nanosensoreamento em indústrias de alimentação e bebidas, detecção de agentes alergênicos, componentes tóxicos e contaminação, além de que tal estratégia pode ser potencialmente usada para mimetizar os canais metabólicos existentes nas células.
Abstract: Biosensors design study has increased in the last years, especially for enzymatic biosensors, witch among the biosensors, are the most mature and the ones that have reached bigger industrial scale. The use of nanotechnology has opened new perspectives in the biosensor construction. The molecular capacity control brings the possibility of design of the structure, sometimes foreseeing the best possible configuration. The objective of this research was to build enzymatic multilayer biosensors with nanometric structures, using three enzymes: glucose oxidase from Aspergillus Niger (GOx), horseradish peroxidase (HRP) and invertase from bakers yeast (INV), previously submitted to biotinylation, using a layer-by-layer deposition approach and through covalent immobilization of the 1st layer and affinity immobilization in subsequent layers. Multiple layers biosensor constructions were successful obtained. Comparison between them was made and the tested assemblies were significantly altered by the designed sequence of enzymes within the structures and the pH of the system: - Bi-enzymatic structures built with GOx in the first layer and HRP in the second layer have presented enzymatic activity results of approximately 1,7 times greater than structures built with HRP in the first layer and GOx in the second layer, when evaluated at PBS buffer (pH = 7.4). This behavior was inverted when the structures were evaluated with citrate buffer (pH = 5.3); - Tri-enzymatic structures built with HRP in the first layer, GOx in the second layer and INV in the third layer have presented enzymatic activity results of approximately 1,5 times greater than structures built with GOx in the first layer, HRP in the second layer and INV in the third layer, when evaluated at citrate buffer. The differences among these assemblies were credited to the microenvironments in the enzymes vicinities due to electrostatic interactions between enzymes aminoacids, substrate and solid support. Bi-enzymatic structures were submitted to regular (sugar-sweetened) and sugar-free soft drinks real samples, as a proof of concept, and they have presented catalytic response in the detection of glucose in regular samples. The designed three dimensional structure used to build the bi-enzymatic and tri-enzymatic structures has a potential for nano-sensing in food and beverage industries, detection of allergenic species, toxic components and contamination and also this strategy can potentially be used to mimic cell metabolic channels.
Subject: Engenharia metalúrgica
Detectores
Ciência dos materiais
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-993HDD
Issue Date: 6-Jun-2012
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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