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Title: Desenvolvimento de biossensor eletroquímico com imobilização da urease em membranas poliméricas.
Other Titles: Development of an electrochemical biosensor with immobilization of urea in polymeric membranes.
???metadata.dc.creator???: CARDOSO, Márcio José Batista.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FOOK, Marcus Vinícius Lia
???metadata.dc.contributor.advisor2???: SWARNAKAR, Ramdayal
???metadata.dc.contributor.referee1???: COVAS, Carlos Andrés Peniche
???metadata.dc.contributor.referee2???: LIMA, Verônica Evangelista de
???metadata.dc.contributor.referee3???: LIMA, Rodrigo José da Silva
???metadata.dc.contributor.referee4???: BARBOSA, Rossemberg Cardoso
Keywords: Biossensores;Membranas Poliméricas;Urease;Antimônio;Dispositivos de Diagnósticos e Point of Care;Membranas de Acetato de Quitosana;Membranas de Acetato de Celulose;Biosensors;Polymeric Membranes;Antimony;Diagnostic Devices and Point of Care;Chitosan Acetate Membranes;Cellulose Acetate Membranes
Issue Date: 21-Oct-2016
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: CARDOSO, Márcio José Batista. Desenvolvimento de biossensor eletroquímico com imobilização da uréase em membranas poliméricas. 134f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Curso de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Campina Grande – Paraíba - Brasil, 2016.
???metadata.dc.description.resumo???: Os biossensores são dispositivos analíticos capazes de identificar substâncias específicas, qualitativamente e/ou quantitativamente, utilizados em diversas aplicações, que vêm se aprimorando ao longo dos anos. Esses dispositivos analíticos apresentam um amplo crescimento econômico, com destaque dos dispositivos de diagnósticos e point of care, devido suas respostas rápidas e precisas na determinação de doenças, variações de substâncias no corpo humano que venham a ser prejudicial ou não à saúde. A ureia é uma dessas substâncias presentes no corpo humano e o aumento da taxa de ureia no sangue ocorre em casos de insuficiência renal aguda ou crônica, insuficiência cardíaca congestiva, desidratação acentuada, catabolismo proteico aumentado, perda muscular. Alguns medicamentos também podem causar aumentos da ureia. Apesar das inúmeras patentes, artigos, dissertações e teses, a pesquisa no desenvolvimento de biossensores para acompanhamento da taxa de ureia ainda se mostra presente atualmente. Essas observações motivaram a estudar e desenvolver um biossensor para detecção de ureia. Para tal, foram estudadas: a preparação do eletrodo em fita de aço inox com eletrodeposição de antimônio; modificação da fase cristalina formada e a imobilização da enzima urease em membranas poliméricas de acetato de quitosana e acetato de celulose sobre o eletrodo. Sendo caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) e avaliação das propriedades do biossensor: sensibilidade; linearidade; período de estabilidade; seletividade; reprodutibilidade e repetibilidade. As imagens obtidas por MO mostram que a condição da eletrodeposição altera o recobrimento da superfície das fitas de aço inox com diminuição dos defeitos, com o tratamento térmico há uma modificação superficial dos eletrodos. As imagens obtidas por MEV mostram também uma superfície rugosa e porosa em que há um crescimento de estruturas de formas distintas. Os resultados de DRX mostram que a condição de eletrodeposição afeta na formação do tamanho dos cristalitos e o tratamento térmico modifica a fase cristalina formada na eletrodeposição. As imagens obtidas por MO das membranas de acetato de quitosana e acetato de celulose com e sem enzima uréase apresentam uma superfície uniforme sem alteração morfológica. As imagens de MEV mostram que as membranas poliméricas recobrem os eletrodos, no entanto, as membranas de quitosana formam camadas mais densas. Os resultados de sensibilidade, linearidade e período de estabilidade mostram que todos os biossensores são sensíveis a concentrações de ureia e apresentaram faixa de linearidade onde suas respostas são melhores, o período de estabilidade foi inferior a 2 minutos na maioria dos casos. Os resultados de seletividade mostram que os biossensores são seletivos sofrendo mínima alteração na presença creatinina. Na reprodutibilidade verificou-se que os biossensores são reprodutíveis com mínima de variação das biorespostas. Os resultados de repetibilidade mostram que os biossensores começam a sofrer variação dos resultados com poucas medições. Os resultados indicam que tanto as membranas de acetato de quitosana quanto de acetato de celulose são viáveis para imobilização da enzima e que a modificação do antimônio metálico para o óxido com o tratamento térmico utilizado nos eletrodos dos biossensores melhora significativamente as propriedades do biossensor.
Abstract: Biosensors are analytical devices able to identify specific substances qualitatively and / or quantitatively, used in various applications, which have been improved over the years. These analytical devices have a broad-based economic growth, especially of diagnostics and point of care devices because of its fast, accurate answers in determining diseases, variations of substances in the human body that may be harmful or not to health. Urea is one of these substances in the human body and increased blood urea ratio occurs in acute or chronic renal failure, congestive heart failure, severe dehydration, increased protein catabolism, muscle loss. Some medications can also cause increases in urea. Despite the numerous patents, articles, dissertations and theses, research in the development of biosensors for urea rate monitoring are still present today. These observations prompted us to study and develop a biosensor for urea detection. To this and were studied: the preparation of the electrode in stainless steel ribbon with electrodeposition antimony, modification of the crystalline phase formed and immobilizing the urease enzyme in polymer membranes of chitosan and cellulose acetate on the electrode. They characterized by X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) and evaluation of biosensor properties: sensitivity, linearity, period of stability, selectivity, reproducibility and repeatability. The images obtained by OM show that the condition of the electrodeposition coating changes the surface of stainless steel strips with decreasing defects with heat treatment there is a surface modification of electrodes. The images obtained by SEM also show a roughened, porous surface in which there is a growth of different forms of structures. The XRD results show that the electrodeposition condition affects the formation of crystallite size and heat treatment modifies the crystal phase formed in electrodeposition. The images obtained by OM of chitosan and cellulose acetate membranes with and without enzyme urease have a uniform surface without morphological changes. The SEM showed that the polymer membrane overlying pictures electrodes, however, the chitosan membranes formed thicker layers. The results of sensitivity, linearity and stability period showed that all biosensors are sensitive to concentrations of urea and showed linearity range where answers are best, the period of stability was less than 2 minutes in most cases. The selectivity results show that the biosensors are selective and suffer minimal changes in the presence of creatinine. In the reproducibility, it was found that the biosensors are reproducible with minimal variation in bioresponse. The repeatability results show that the biosensor begin to undergo variation in results with few measurements. The results indicate that both chitosan and cellulose acetate membranes are viable for enzyme immobilization and modification of the metal oxide with antimony for the heat treatment used in the electrodes of the biosensor significantly improves the biosensor properties.
Keywords: Biossensores
Membranas Poliméricas
Urease
Antimônio
Dispositivos de Diagnósticos e Point of Care
Membranas de Acetato de Quitosana
Membranas de Acetato de Celulose
Biosensors
Polymeric Membranes
Antimony
Diagnostic Devices and Point of Care
Chitosan Acetate Membranes
Cellulose Acetate Membranes
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia de Materiais
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/15074
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