Dissertação
Desenvolvimento de um biossensor impedimétrico de DNA com silsesquioxano para detecção label-free do vírus zika
Registration in:
STEINMETZ, Marines. Desenvolvimento de um biossensor impedimétrico de DNA com silsesquioxano para detecção label-free do vírus zika. 2019. Dissertação (Mestrado em Química Aplicada) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.
Author
Steinmetz, Marines
Institutions
Abstract
Zika virus (ZIKV) detection has become a global health challenge in recent years due to its
rapid geographical expansion associated with the increase of neurological abnormalities such
as Guillain-Barré syndrome and Microcephaly. Currently, the techniques for ZIKV diagnosis
require labor intense, costly and lengthy tests using sophisticated equipment; moreover, false
positives occur. This work aimed to develop an impedimetric DNA biosensor for label-free
detection of this virus. For this, a platform consisting of an oxidized glassy carbon electrode
(ox-ECV) modified with gold nanoparticles functionalized by the polyelectrolyte 3-npropylpyridine chloride silsesquioxane (AuNPs-SiPy) was obtained. This nanohybrid was
characterized by UV-VIS, DLS, FTIR, Raman and XRD measurements, and the nanohybrid
modified carbon glass electrode, ox-ECV-[AuNPs-SiPy] by electrochemical techniques. After
the immobilization of a specific synthetic oligonucleotide of the ZIKV genome with thiol
grouping (ZIKV1) on this electrode, the biosensor ox-ECV-[AuNPs-SiPy]/ZIKV1 was formed,
whose modification steps were optimized through univariate and multivariate. The optimized
biosensor was characterized by electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry
and atomic force microscopy. The recognition of the ZIKV target ssDNA was monitored by the
variation transfer resistance (ΔRct) of the electrochemical marker used ([Fe(CN)6]
4-
/
3-
) and the
roughness (Rq) of the electrode surface. This biosensor presented a detection limit (LOD) of
0.41 pmol L-1 with a linear range of 1.0 x 10-12 – 1.0 x 10-6 mol L-1
. The proposed device also
presents to be stable for 90 days (98.02 % of the initial response), sensitive and selective to
quantify the target of ZIKV in serum samples, and is therefore a promising tool for the early
diagnosis of ZIKV. A detecção do vírus Zika (ZIKV) tornou-se um desafio de saúde global nos últimos anos devido
sua rápida expansão geográfica associada ao aumento de anomalias neurológicas como a
síndrome de Guillain-Barré e a Microcefalia. Atualmente, as técnicas de diagnóstico para o
ZIKV requerem trabalho intenso, são caros, demorados, necessário o uso de equipamentos
sofisticados, além de proporcionarem resultados falsos positivos. Este presente trabalho teve
como objetivo o desenvolvimento de um biossensor impedimétrico de DNA para detecção
label-free desse vírus. Para tanto, obteve-se uma plataforma constituída por um eletrodo de
carbono vítreo oxidado (ox-ECV) modificado com nanopartículas de ouro funcionalizadas pelo
polieletrólito cloreto de 3-n-propilpiridínico silsesquioxano (AuNPs-SiPy). Esse nanohíbrido
foi caracterizado por medidas de UV-VIS, DLS, FTIR, Raman e DRX, e o eletrodo de carbono
vítreo modificado com o nanohíbrido, ox-ECV-[AuNPs-SiPy] por técnicas eletroquímicas.
Após a imobilização de um oligonucleotídeo sintético específico do genoma do ZIKV com
grupamento tiol (ZIKV1) sobre este eletrodo, formou-se o biossensor ox-ECV-[AuNPsSiPy]/ZIKV1, cujas etapas de modificação foram otimizadas através de análises univariadas e
multivariada. O biossensor otimizado foi caracterizado por espectroscopia de impedância
eletroquímica, voltametria cíclica e microscopia de força atômica. O reconhecimento do ssDNA
alvo do ZIKV foi monitorado pela variação da resistência à transferência de carga (ΔRct) do
marcador eletroquímico utilizado ([Fe(CN)6]
4-/3-
) e pela rugosidade (Rq) da superfície do
eletrodo. Este biossensor apresentou um limite de detecção (LOD) de 0,41 pmol L-1 com faixa
linear de 1,0 x10-12 - 1,0 x10-6 mol L-1
. O dispositivo proposto também apresentou ser estável
até 90 dias (98,02 % da resposta inicial), sensível e seletivo para quantificar o alvo do ZIKV
em amostras de soro, sendo portanto, uma ferramenta promissora para o diagnóstico precoce
do ZIKV. Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná