Análise da estabilidade de nanossensores LSPR com nanobastões de ouro sob diferentes condições de tampão para diagnóstico de dengue
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Alice Freitas Versiane
Breno de Mello Silva
Breno de Mello Silva
Resumo
O desenvolvimento de biossensores ópticos baseados em nanobastões de ouro (GNRs) exige compreensão detalhada das condições que garantem sua estabilidade coloidal e espectral ao longo do tempo. Considerando sua aplicação em diagnósticos sensíveis, especialmente para arboviroses como a dengue, este trabalho teve como objeto de pesquisa a avaliação da estabilidade de GNRs funcionalizados com ácido lipóico (LA) e ácido di-hidrolipóico (DHLA) em diferentes tampões, com foco em determinar quais combinações oferecem melhor desempenho para uso em ferramentas de detecção baseadas em LSPR. O principal objetivo foi comparar sistematicamente o comportamento dos sistemas GNR-LA e GNR-DHLA em tampões fosfato, HEPES, MES, PBS e água ultrapura (controle), identificando a influência do ligante e do tampão na manutenção das características plasmônicas. Como objetivos específicos, buscou-se analisar deslocamentos longitudinais, integridade das bandas, coerência espectral e possíveis processos de agregação ao longo de até 122 dias de monitoramento. A metodologia empregada incluiu caracterização por espectroscopia UV-Vis, com tratamento dos dados por normalização entre 0-1, derivada de primeira ordem e aplicação de suavização (smooth) para aprimoramento dos sinais. A partir destas análises, foram calculados os deslocamentos plasmônicos e avaliadas as modificações dielétricas dos sistemas ao longo do tempo. Os resultados demonstraram que a estabilidade dos GNRs é fortemente dependente da interação entre ligante e tampão. O tampão MES destacou-se como o mais eficiente para ambos os ligantes, porém com comportamentos distintos. O sistema GNR-LA apresentou melhor desempenho em períodos curtos e intermediários, enquanto o GNR-DHLA manteve estabilidade prolongada, preservando o perfil plasmônico até as últimas análises, sendo ainda necessário a avaliação do perceptível deslocamento total. Tampões como fosfato, HEPES e PBS apresentaram comportamento desfavorável, com perda espectral ou instabilidade significativa. Conclui-se que o tampão MES é a condição mais promissora para estabilização dos nanobastões, e que a escolha entre LA e DHLA deve considerar tanto o desempenho espectral quanto aspectos práticos, como custo e disponibilidade. Tais resultados fornecem subsídios essenciais para o desenvolvimento de biossensores mais estáveis, economicamente viáveis e adequados às demandas do mercado e do sistema de saúde, especialmente em períodos de alta transmissibilidade viral.
Abstract
The development of optical biosensors based on gold nanorods (GNRs) requires a detailed understanding of the conditions that ensure their colloidal and spectral stability over time. Considering their application in sensitive diagnostic platforms, particularly for arboviral infections such as dengue, this study aimed to evaluate the stability of GNRs functionalized with lipoic acid (LA) and dihydrolipoic acid (DHLA) in different buffer systems, with the purpose of identifying which combinations offer the best performance for LSPR-based detection tools. The main objective was to systematically compare the behavior of GNR-LA and GNR-DHLA systems in phosphate buffer, HEPES, MES, PBS, and ultrapure water (control), assessing the influence of both the ligand and the buffer on the preservation of plasmonic characteristics. Specifically, the study analyzed longitudinal peak shifts, band integrity, spectral coherence, and potential aggregation processes over a monitoring period of up to 122 days. UV-Vis spectroscopy was employed for characterization, combined with data processing procedures such as 0-1 normalization, third-order derivative analysis, and signal smoothing to enhance spectral interpretation. These analyses allowed the calculation of plasmonic shifts and the evaluation of dielectric modifications in each system over time. The results demonstrated that GNR stability strongly depends on the interaction between the ligand and the buffer. MES emerged as the most efficient condition for both ligands, though with distinct behaviors: the GNR-LA system performed better over short and intermediate periods, while GNR-DHLA exhibited prolonged stability, maintaining a coherent plasmonic profile until the final analysis. Conversely, buffers such as phosphate, HEPES, and PBS produced unfavorable outcomes, leading to spectral collapse or significant instability. In conclusion, MES represents the most promising buffer for nanorod stabilization, and the choice between LA and DHLA should consider not only spectral behavior but also practical factors such as cost and availability. These findings provide essential insights for the development of more stable, economically viable biosensors suitable for implementation in healthcare systems, especially during periods of high viral transmission.
Assunto
Biotecnologia farmacêutica, Dengue – Diagnóstico, Biossensores, Nanotecnologia
Palavras-chave
Nanobastões de ouro, Estabilidade coloidal, Ácido lipóico, Ácido dihidrolipóico, Biossensores