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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2021.tde-02092021-160129
Document
Author
Full name
Glenda Gisela Ibañez Redin
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2021
Supervisor
Committee
Goncalves, Debora (President)
Carrilho, Emanuel
Júnior, Antonio Riul
Sotomayor, Maria Del Pilar Taboada
Vicentini, Fernando Campanhã
Title in Portuguese
Novas estratégias de fabricação de imunossensores sem marcação à base de eletrodos impressos de carbono para a detecção de biomarcadores de câncer
Keywords in Portuguese
Biomarcadores de câncer
Carbon black
Eletrodos impressos
Imunossensores eletroquímicos
Nanopartículas de NiFe2O4
Abstract in Portuguese
Os imunossensores eletroquímicos sem marcação baseados em eletrodos de carbono impressos por serigrafia são uma ferramenta promissora para a detecção rápida, simples e econômica de biomarcadores de câncer. Porém, apesar do potencial desses dispositivos, algumas limitações, tal como a sua baixa sensibilidade, precisam ser superadas antes de sua adoção como uma tecnologia para análises clínicas. Nesse sentido, neste trabalho foram propostas diferentes estratégias para modificar eletrodos impressos de carbono, visando melhorar o sinal analítico e a área superficial para a imobilização dos anticorpos, que são duas características essenciais para o ótimo desempenho analítico de imunossensores sem marcação. Planteou-se explorar o potencial de aplicação do carbon black e das nanopartículas de NiFe2O4, dois nanomateriais de baixo custo e excelentes propriedades eletroquímicas que permanecem relativamente inexplorados na construção de imunossensores eletroquímicos. Em uma primeira abordagem, foi desenvolvido um imunossensor para a detecção do antígeno CA 19-9 utilizando-se eletrodos modificados com filmes compósitos de carbon black e dos polieletrólitos polietilenoimina e ácido poliacrílico. O imunossensor apresentou um valor de limite de detecção de 0,07 U mL-1, além de excelente reprodutibilidade de fabricação, estabilidade e seletividade. O dispositivo proposto foi aplicado na determinação de CA 19-9 em amostras de sobrenadante de célula e soro de pacientes com câncer de pâncreas, mostrando boa correlação com imunoensaios comerciais. Na segunda parte deste trabalho, foi fabricado um imunosensor para a detecção da proteína tumoral p53 baseado em eletrodos modificados com filmes de polietilenoimina e nanopartículas de NiFe2O4. O dispositivo apresentou melhores parâmetros analíticos do que a maioria de imunossensores reportados na literatura para a detecção de p53, com um baixo limite de detecção de 5 fg mL-1 . Adicionalmente, o imunossensor apresentou excelente seletividade na detecção de p53 em amostras de soro fetal bovino, saliva e sobrenadante de célula. As plataformas propostas neste trabalho combinaram as inúmeras vantagens dos eletrodos impressos com as excelentes propriedades dos nanomateriais estudados, permitindo o desenvolvimento de testes descartáveis, de baixo custo (<R$ 4 por análise) e com excelente desempenho analítico que podem ser adaptados para a detecção de diversos marcadores de doenças.
Title in English
New strategies for fabrication of label-free electrochemical immunosensors based on printed carbon electrodes for detecting cancer biomarkers
Keywords in English
Cancer biomarkers
Carbon black
Electrochemical immunosensors
NiFe2O4 nanoparticles
Printed electrodes
Abstract in English
Label-free electrochemical immunosensors based on screen-printed carbon electrodes are a promising tool for performing fast, simple and economical detection of cancer biomarkers. However, despite the potential of these devices, some limitations, such as their low sensitivity, need to be overcome before their widespread use as technology for clinical analysis. Herein, we proposed different strategies to modify screen-printed carbon electrodes, aiming to improve the analytical signal and the surface area for the immobilization of antibodies, which are two essential parameters for reaching good analytical performance in label-free immunosensors. We explored the application potential of carbon black and NiFe2O4 nanoparticles, two low-cost nanomaterials with excellent electrochemical properties, which remain relatively unexplored in the construction of electrochemical immunosensors. In a first approach, an immunosensor was developed for detecting the carbohydrate antigen CA 19-9 using electrodes modified with composites of carbon black and the polyelectrolytes polyethyleneimine and polyacrylic acid. The immunosensor exhibited a low detection limit of 0.07 U mL-1, in addition to an excellent fabrication reproducibility, stability and selectivity. The proposed device showed good correlation with commercial immunoassays in the determination of CA 19-9 in cell lysates and human serum samples from pancreatic cancer patients. An immunosensor for detecting the tumor protein p53 was also developed, using electrodes modified with films of polyethyleneimine and NiFe2O4 nanoparticles. The analytical parameters of the devices are among the best reported in the literature for determination of p53, with a low detection limit of 5 fg mL-1. Also, the immunosensors showed an excellent selectivity toward p53 detection in fetal bovine serum, saliva and cell lysate samples. The platforms proposed herein combined the numerous advantages of screen- printed electrodes with the excellent properties of the studied nanomaterials, allowing the development of low-cost (<BRL$ 4/ test) and disposable devices with excellent analytical performance, which can be adapted for the detection of several disease markers.
 
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Publishing Date
2021-09-13
 
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