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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Highly-branched silver magnetic microcomposite as SERS substrate for cardiac Troponin I detection : Microcompósito magnético de prata altamente ramificado como substrato SERS para detecção de Troponina I cardíaca
Title Alternative: Microcompósito magnético de prata altamente ramificado como substrato SERS para detecção de Troponina I cardíaca
Author: Alves, Raisa Siqueira, 1992-
Advisor: Mazali, Italo Odone, 1972-
Abstract: Resumo: A espectroscopia Raman intensificada por superfície (SERS, em inglês surface-enhanced Raman spectroscopy) é uma técnica espectroscópica poderosa com amplas aplicações em Química, Ciência dos Materiais, Bioquímica e áreas relacionadas. Em SERS, o espalhamento Raman de moléculas adsorvidas em substratos metálicos rugosos ou em nanopartículas metálicas é elevado em várias ordens de magnitude. SERS tem mostrado uma série de vantagens comparado a outras técnicas espectroscópicas bem estabelecidas, como espectroscopias no infravermelho, de fluorescência e no UV-visível. Ademais, interstícios nanométricos e regiões ricas em pontas em nanopartículas de metais nobres podem induzir os chamados "hot spots", regiões de alta intensificação do campo eletromagnético onde o sinal Raman é maximizado. A alta sensitividade do SERS é particularmente interessante para a detecção de amostras biológicas, e, portanto, a técnica tem sido investigada para o desenvolvimento de futuros biosensores plasmônicos e outros poderosos dispositivos analíticos. SERS tem mostrado resultados promissores no diagnóstico de doenças, tais como diabetes, câncer e doenças cardiovasculares. Nesse contexto, a busca por substratos SERS de alta eficiência, reprodutíveis e com bom custo-benefício tem sido um dos principais focos na pesquisa em Raman. Dado isso, este trabalho tem por objetivo sintetizar um microcompósito de prata altamente ramificado de composição Fe3O4@SiO2@Ag como um versátil e eficiente substrato SERS para aplicação posterior como um biosensor baseado no efeito. O caroço de Fe3O4, sintetizado pelo método solvotérmico, confere ao material propriedades magnéticas, que permitem uma fácil separação de fluidos. A camada de sílica foi sintetizada pelo método de Stöber com algumas modificações, e não apenas preserva a integridade do caroço contra agentes externos, mas também previne a agregação magnética irreversível. As microflores de Fe3O4@SiO2@Ag foram sintetizadas por uma rota sonoquímica mediada por semente, produzindo inúmeras pontas de prata, que geram as propriedades plasmônicas para o efeito SERS. Todos os sistemas foram caracterizados por diferentes técnicas, sobretudo microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios-X e espectroscopia no UV-visível. A eficiência do microcompósito foi testada frente ao 4-aminobenzenotiol como referência, e o limite de detecção de 1x10-7 mol L-1 foi alcançado. Posteriormente, um aptasensor foi montado a partir do substrato das microflores e testado para análise de troponina I (cTnI). A troponina I é um biomarcador chave no infarto agudo do miocárdio (IAM), uma das principais causas de morte mundialmente. A biomolécula tem sido explorada para o diagnóstico precoce e preciso de IAM. Para produzir o aptasensor, as microflores foram funcionalizadas com um aptâmero com alta afinidade e especificidade por cTnI. As medidas de SERS com o aptasensor alcançaram a detecção de cTnI em uma concentração de 1x10-8 mol L-1. Assim sendo, o aptasensor se mostrou bastante promissor, abrindo o caminho para pesquisas futuras em aptasensores baseados no efeito SERS

Abstract: Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a powerful spectroscopic technique with wide applications in Chemistry, Material Sciences, Biochemistry, and related areas. In SERS Raman scattering of molecules adsorbed on rough metal surfaces or metal nanoparticles is increased by several orders of magnitude. SERS has shown many advantages over other well-established spectroscopic techniques such as infrared -, fluorescence ¿ and UV-Vis spectroscopy. Moreover, interstitial nanogaps and the presence of sharp regions in noble metal nanoparticles can induce the so-called plasmonic hot spots, regions of strong electromagnetic field enhancement where the Raman signal is maximized. The high sensitivity of SERS is particularly interesting for the detection of biological samples, and therefore the technique has been investigated for the development of future plasmonic biosensors and other powerful analytical devices. SERS has shown promising results in the diagnosis of diseases, such as diabetes, cancer, and cardiovascular diseases. In this context, the search for highly efficient, reproducible and cost-effective SERS substrates is currently one of the central focuses of Raman research. Given so, this work aims to synthesize a highly branched flower-like Fe3O4@SiO2@Ag microcomposite as an efficient and versatile SERS substrate for application as a SERS-based biosensor. The Fe3O4 core, synthesized by a modified solvothermal approach, endows magnetic properties to the material, which enables an effortless separation from fluids. The silica coating was synthesized by the Stöber method with slight modifications. The silica layer not only preserves the integrity of the core from external agents but also prevents irreversible magnetic aggregation. The Fe3O4@SiO2@Ag microflowers were synthesized by a seed-mediated sonochemical approach, producing numerous Ag tips, which generated the plasmonic properties for the SERS effect. All the systems were characterized by different techniques, especially transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and UV-Vis spectroscopy. The efficiency of the microcomposite substrate was tested against 4-amino benzenethiol (4-ABT) as a reference probe, and a detection limit of 1x10-7 mol L-1 was achieved. Subsequently, an aptasensor was assembled from the microflower substrate and tested for the analysis of troponin I (cTnI). Troponin I is a key biomarker for acute myocardial infarction (AMI), one of the lead death causes worldwide. The biomolecule has been explored for an early and precise diagnosis of AMI. To produce the aptasensor, the microflowers were functionalized with an aptamer with high affinity and specificity for cTnI. The SERS measurements with the aptasensor achieved the detection of cTnI in a concentration of 1x 10-8 mol L-1. Hence, aptasensor showed to be very promising, opening the field for further research on SERS-based aptasensors
Subject: Espalhamento Raman intensificado por superfície
Nanopartículas de prata
Biosensores
Troponina
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: ALVES, Raisa Siqueira. Highly-branched silver magnetic microcomposite as SERS substrate for cardiac Troponin I detection: Microcompósito magnético de prata altamente ramificado como substrato SERS para detecção de Troponina I cardíaca. 2019. 1 recurso online (113 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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