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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Aplicações de nanofios semicondutores para a investigação do efeito da N-acetilcisteína na bactéria Xylella fastidiosa
Title Alternative: Semiconductor nanowire application to the investigation of N-acetylcysteine effect on Xylella fastidiosa bacterium
Author: Silva, Aldeliane Maria da, 1994-
Advisor: Cotta, Mônica Alonso, 1963-
Abstract: Resumo: Este trabalho apresenta aplicações de nanomateriais e técnicas de microscopia para o estudo do efeito da N-acetilcisteína (NAC) em células individuais aderidas e em biofilmes da bactéria fitopatogênica Xylella fastidiosa. As bactérias foram cultivadas sobre substratos planos e nanofios de fosfeto de índio (InP). Usamos arrays de nanofios verticais de InP como sensores de força de adesão bacteriana para investigar e quantificar o efeito do NAC em células individuais. As deflexões dos nanofios provocadas por bactérias aderidas foram medidas em tempo real através de microscopia confocal de varredura à laser (CLSM). Inicialmente, foi feito um estudo para a caracterização da técnica do sensor de força e dos limites de detecção. Mostramos, através de métodos de análise de microscopia de localização, que podemos determinar o centro dos nanofios a partir de um ajuste gaussiano 2D, com precisão de localização de até 5 nm. Para investigar os níveis de ruído, foram feitas medidas de deslocamento dos nanofios, sem bactérias aderidas, em ar e em meio líquido. Utilizamos três taxas de varredura diferentes: 0,2, 0,8 e 2,5 MHz. Os resultados mostram que os deslocamentos medidos aumentam com a taxa de varredura e são isotrópicos em todos os casos, correspondendo a oscilações termicamente induzidas. Mostramos que, usando a menor taxa de varredura, podemos minimizar os efeitos das oscilações térmicas nas medidas realizadas com as bactérias. Dessa forma, a técnica permite detecção de deflexões acima de 25 nm, provocadas por forças devido à interação com células bacterianas. Aplicamos esse sistema para investigar o efeito do NAC (em concentrações entre 2 mg/ml e 20 mg/ml) em células individuais da Xylella fastidiosa aderidas no topo dos nanofios. Observamos em tempo real uma ação gradativa do NAC levando a um aumento na mobilidade das células e nas forças medidas e, eventualmente soltando as bactérias que estavam aderidas. Esses resultados também foram confirmados com experimentos in vitro realizados em substratos planos de InP, onde também observamos um efeito gradual do NAC em biofilmes. Para investigar o efeito do NAC no EPS (substâncias poliméricas extracelulares), utilizamos microscopia de fluorescência e microscopia de força atômica. Medidas de espectroscopia de força mostraram variações mais significativas em determinados tipos de EPS, sugerindo que há componentes específicos no EPS que estão sendo mais afetados pelo NAC. Os resultados obtidos neste trabalho permitem uma maior clareza sobre o mecanismo de ação do NAC em células aderidas e em biofilmes, podendo ser utilizados como ponto de partida para investigações futuras

Abstract: This work presents applications of nanomaterials and microscopy techniques to study the effect of N-acetylcysteine (NAC) on adhered individual cells and biofilms of the phytopathogenic bacterium Xylella fastidiosa. The bacteria were grown on indium phosphide (InP) flat substrates and nanowires. We use arrays of vertical InP nanowires as cell adhesion force sensors to investigate and quantify the effect of NAC on individual cells. The nanowire deflections caused by adhered bacteria were measured in real-time using confocal laser scanning microscopy (CLSM). First, we have characterized the force sensor technique and detection limits. We show, using methods of localization microscopy analysis, that a 2D Gaussian fitting can determine the center of the nanowires, with accuracy up to 5 nm. To investigate noise levels, nanowire displacement measurements were carried out without attached bacteria, both in air and liquid media. We used three different scan rates: 0.2, 0.8, and 2.5 MHz. The results show that the measured displacements increase with scan rate and are isotropic in all cases, corresponding to thermally induced oscillations. We demonstrate that the lowest scanning rate is able to minimize the effects of thermal fluctuations on measurements carried out with bacteria. Thus, the technique allows the detection of deflections above 25 nm, caused by bacterial-related forces. We applied this system to investigate the effect of NAC (in concentrations between 2 mg/ml and 20 mg/ml) on individual cells of Xylella fastidiosa adhered to the top of the nanowires. We observed in real-time a gradual action of the NAC leading to an increase in the mobility of the cells and measured forces, with the eventual release of the previously attached bacteria. These results were also confirmed with in vitro experiments carried out on flat InP substrates, where we also observed a gradual effect of NAC on biofilms. To investigate the effect of NAC on EPS (extracellular polymeric substances), we used fluorescence microscopy and atomic force microscopy. Force spectroscopy measurements showed more significant variations in certain types of EPS, suggesting that there are specific components in EPS that are being most affected by NAC. The results obtained in this work allow better understanding about the mechanism of action of NAC on adhered cells and biofilms, and can be used as a starting point for future investigations
Subject: Nanofios
Sensor
Adesão
Xylella fastidiosa
N-acetilcisteína
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SILVA, Aldeliane Maria da. Aplicações de nanofios semicondutores para a investigação do efeito da N-acetilcisteína na bactéria Xylella fastidiosa. 2020. 1 recurso online ( 122 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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