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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Desenvolvimento de biossensores do tipo transistor de efeito de campo a base de grafeno (GraFET) decorados com nanopartículas de ouro aplicados na detecção ultra-sensível de biomarcadores de câncer de mama
Title Alternative: Development of graphene field effect transistor biosensors (GraFET) decorated with gold nanoparticles applied on the ultrasentive detection of breast cancer biomarkers
Author: Silva, Cecília de Carvalho Castro e, 1987-
Advisor: Kubota, Lauro Tatsuo, 1964-
Abstract: Resumo: Este trabalho descreve a fabricação em grande escala de Transistores de Efeito de Campo a base de Grafeno (GraFETs) decorados com nanopartículas de ouro e a aplicação destes no desenvolvimento de biossensores altamente sensíveis para a detecção dos biomarcadores de câncer de mama HER-2. O grafeno foi obtido via processo de deposição química em fase vapor (CVD), sendo este caracterizado através de microscopia eletrônica de varredura, de força atômica e ótica e espectroscopia Raman, comprovando a obtenção de uma monocamada livre de defeitos. O grafeno sintetizado foi transferido à uma lâmina de Si/SiO2 contendo as matrizes de FET, que foram previamente fabricadas por processos convencionais de fotolitografia e deposição de metais, sendo obtidos ao final mais de 2600 GraFETs. Estes foram então caracterizados eletricamente em ar e em solução, exibindo assim sensibilidade a mudanças de pH e adsorção de proteínas. Na etapa seguinte, demonstrou-se pela primeira vez que a funcionalização da superfície do grafeno com a p-mercaptopiridina conduz a imobilização de uma elevada densidade de nanopartículas de ouro sobre o grafeno, de forma estável e homogênea. Além disso, por meio do emprego da Proteína A, foi possível realizar a imobilização orientada dos anticorpos sobre o grafeno e sobre as nanopartículas de ouro. Os GraFETs se mostraram sensíveis a detecção da proteína HER-2, porém com a incorporação das nanopartículas de ouro na superfície do grafeno tornou-se possível detectar níveis extremamente baixos de HER-2, na ordem de 10-15 mol L-1. Tais magnitudes de concentrações para este tipo de proteína não haviam até então sido detectados empregando-se dispositivos FETs convencionais, destacando-se assim o potencial da metodologia empregada nesta tese para a detecção precoce do desenvolvimento do câncer de mama

Abstract: This work describes the large scale fabrication of Graphene Field Effect Transistors (GraFETs) decorated with gold nanoparticles and their application on the development of highly sensitive biosensors for detecting HER-2 breast cancer biomarkers. Graphene layers were produced by the chemical vapour deposition (CVD) method, and the obtained graphene was characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy and optical microscopy as well as Raman spectroscopy, confirming that the obtained graphene is defect-free and formed by a single monolayer. The co-synthesized graphene was then transfered to a Si/SiO2 wafer containing the pre-patterned source and drain FET electrodes, which were produced by conventional photolithography and metal deposition, generating in total more than 2600 GraFETs in a single wafer. The devices were electrically characterized in air and in solution and demonstrated enough sensitivity to detect pH changes and protein adsorption. In the next step, it was demonstrated for the first time that the chemical functionalization of graphene surface with p-mercaptopyridine leads to the homogeneous and stable immobilization of a high density monolayer of gold nanoparticles on its surface. Additionally, by using protein A, it was possible to carry out the oriented immobilization of the antibodies on graphene and over the gold nanoparticles. The GraFET sensors without the gold nanoparticles were able to perform highly sensitive detection of the HER-2 protein, however, after the incorporation of gold nanoparticles on the graphene surface, concentrations even lower in the range of 10-15 mol L-1 of the HER-2 protein were detected. Such low levels of detection for this kind of biomarker using conventional FET have not been reported before, thus, highlighting the potential of this approach to diagnose the primary levels of breast cancer development
Subject: Transistores de efeito de campo
Grafeno
Nanopartículas de ouro
Biossensores
Mamas - Câncer
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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