Desenvolvimento de sensor biomimético de polipirrol baseado em tecnologia de impressão química e pré-concentração controlada eletroquimicamente visando a determinação de SARS-CoV-2 em amostra de saliva

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dc.contributor.advisorTarley , César Ricardo Teixeira
dc.contributor.authorFerreira, Milena do Prado
dc.contributor.bancaDall’Antonia, Luiz Henrique
dc.contributor.bancaMedeiros, Roberta Antigo
dc.contributor.bancaPereira, Arnaldo César
dc.contributor.bancaGalli, Andressa
dc.coverage.extent140 p.
dc.coverage.spatialLondrina - PR
dc.date.accessioned2025-06-25T17:43:25Z
dc.date.available2025-06-25T17:43:25Z
dc.date.issued2024-12-19
dc.description.abstractDados os desafios inerentes aos métodos usualmente utilizados no diagnóstico da COVID-19, como a reação em cadeia da polimerase com transcrição reversa (RTPCR – técnica padrão ouro), a utilização do diagnóstico eletroquímico é uma forma oportuna de superar os inconvenientes relacionados ao longo tempo de resposta, à necessidade de profissionais qualificados e equipamentos caros. Sensores eletroquímicos baseados em Polímero Molecularmente Impresso (MIP) apresentam benefícios como simplicidade operacional, detecção no local, economia, menor quantidade de amostra, tempos de resposta mais rápidos e seletividade pronunciada. Portanto, neste trabalho foi desenvolvido uma nova abordagem para projetar um sensor eletroquímico altamente sensível e seletivo para a detecção da proteína spike SARS-CoV-2 (proteína S) em saliva. O sensor foi fabricado com base em polipirrol (PPy) eletropolimerizado com impressão molecular (MIP/PPy) em um eletrodo impresso de carbono (SPCE). Os parâmetros associados a síntese eletroquímica, como número de ciclos e as concentrações de monômero (Py) e molde (proteína S), foram otimizados para obter a melhor resposta eletroanalítica para proteína S. Como controle, polímeros não-impressos (NIP/PPy) foram sintetizados da mesma forma, na ausência da molécula molde. Todas as etapas de otimização foram monitoradas por voltametria cíclica (CV) e espectrometria de impedância eletroquímica (EIS) usando [Fe(CN)6]3−/4− como sonda redox. A morfologia dos sensores MIP/PPy e NIP/PPy foi avaliada por MEV e AFM. Inicialmente, a superfície do SPCE foi ativada com 0,1 mol L−1 H2SO4 utilizando 15 ciclos voltamétricos para aumentar a condutividade e remover possíveis contaminantes. Como esperado, a ativação foi confirmada pela redução na resistência à transferência eletrônica e pelo aumento no sinal da CV. Após a ativação, as melhores condições obtidas após a otimização da eletrossíntese foram definidas como: pirrol a 0,3 mol L−1, proteína S a 40 μg mL−1 e 4 ciclos. A seletividade do MIP/PPy em comparação ao NIP/PPy foi avaliada pela religação da proteína S (pH 7,3) na concentração de 10 ng mL−1 por ~40 min, seguido do monitoramento da sonda redox. Uma diminuição substancial na corrente de pico anódica da sonda foi observada ao usar o MIP/PPy. A detectabilidade do sensor foi ainda melhorada pela pré-concentração de proteína S controlada eletroquimicamente a 0,6 V durante 1,0 min no processo de religação, enquanto a seletividade do sensor foi mantida. Sob esta condição, foi observada uma melhoria notável na detectabilidade exibindo um limite de detecção baixo de 6,8 fg mL−1 e uma curva analítica na faixa de 25,0–125,0 fg mL−1 (R2=0,996). A repetibilidade avaliada em 10 sensores foi satisfatória com um desvio padrão relativo (RSD) de 2,8. Após a preparação do sensor, ele pode ser armazenado por até 14 dias sob refrigeração (4˚C), mantendo uma eficiência na resposta de 85%. O MIP/PPy exibiu seletividade em relação à proteína S em comparação com antitripsina, albumina sérica humana (HAS), transferrina, HIgG e lisozima. Por fim, o sensor foi aplicado para detectar o vírus SARS-CoV-2 por meio da proteína S em três amostras de saliva de pacientes infectados e validadas por RT-PCR. Além disso, a recuperação obtida, de 91 a 103%, em amostras negativas com proteína S atestou a análise livre de interferência
dc.description.abstractother1Given the inherent challenges of conventional methods for COVID-19 diagnosis, such as reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR, the gold standard technique), the use of electrochemical diagnostics offers a timely alternative to overcome limitations related to long response times, the need for highly skilled professionals, and expensive equipment. Electrochemical sensors based on Molecularly Imprinted Polymer (MIP) provide benefits such as operational simplicity, on-site detection, cost-effectiveness, reduced sample volume, faster response times, and pronounced selectivity. In this study, a novel approach was developed to design a highly sensitive and selective electrochemical sensor for the detection of the SARSCoV- 2 spike protein (S protein) in saliva. The sensor was fabricated using electropolymerized molecularly imprinted polypyrrole (MIP/PPy) on a screen-printed carbon electrode (SPCE). Parameters associated with the electrochemical synthesis, such as the number of cycles and the concentrations of monomer (Py) and template (S protein), were optimized to achieve the best electroanalytical response for the S protein. As a control, non-imprinted polymers (NIP/PPy) were synthesized similarly, in the absence of the template molecule. All optimization steps were monitored by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using [Fe(CN)₆]³⁻/⁴⁻ as the redox probe. The morphology of the MIP/PPy and NIP/PPy sensors was assessed using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Initially, the SPCE surface was activated with 0.1 mol L⁻¹ H₂SO₄ using 15 voltammetric cycles to enhance conductivity and remove potential contaminants. As expected, activation was confirmed by a reduction in charge transfer resistance and an increase in CV signal. After activation, the optimal conditions for electrosynthesis were determined as follows: pyrrole at 0.3 mol L⁻¹, S protein at 40 μg mL⁻¹, and 4 cycles. The selectivity of MIP/PPy compared to NIP/PPy was evaluated through the rebinding of S protein (pH 7.3) at a concentration of 10 ng mL⁻¹ for ~40 minutes, followed by monitoring the redox probe. A substantial decrease in the anodic peak current of the probe was observed with the use of MIP/PPy. The sensor's detectability was further enhanced by electrochemically controlled preconcentration of S protein at 0.6 V for 1.0 minute during the rebinding process, while maintaining sensor selectivity. Under these conditions, a remarkable improvement in detectability was observed, with a low limit of detection (LOD) of 6.8 fg mL⁻¹ and an analytical curve in the range of 25.0–125.0 fg mL⁻¹ (R² = 0.996). The repeatability evaluated on 10 sensors was satisfactory, with a relative standard deviation (RSD) of 2.8%. After preparation, the sensor could be stored for up to 14 days under refrigeration (4°C), maintaining 85% of its response efficiency. The MIP/PPy exhibited selectivity toward the S protein compared to antitrypsin, human serum albumin (HSA), transferrin, HIgG, and lysozyme. Finally, the sensor was applied to detect the SARS-CoV-2 virus via the S protein in three saliva samples from infected patients validated by RT-PCR. Furthermore, the recovery obtained, from 91 to 103%, in samples negative with protein S attested to the interference-free analysis.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18882
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Química
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Química
dc.subjectCOVID-19
dc.subjectglicoproteína spike
dc.subjectpandemia
dc.subjectcoronavírus
dc.subjectsensor MIP
dc.subjectQuímica analítica
dc.subjectCoronavírus
dc.subjectSensores eletroquímicos
dc.subjectPolímeros molecularmente impressos
dc.subjectProteínas
dc.subjectMonômeros
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.cnpqCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.keywordsCOVID-19
dc.subject.keywordsspike glycoprotein
dc.subject.keywordspandemic
dc.subject.keywordscoronavirus
dc.subject.keywordsMIP sensor
dc.subject.keywordsAnalytical chemistry
dc.subject.keywordsCoronavirus
dc.subject.keywordsElectrochemical sensors
dc.subject.keywordsMolecularly imprinted polymers
dc.subject.keywordsProteins
dc.subject.keywordsMonomers
dc.titleDesenvolvimento de sensor biomimético de polipirrol baseado em tecnologia de impressão química e pré-concentração controlada eletroquimicamente visando a determinação de SARS-CoV-2 em amostra de saliva
dc.title.alternativeDevelopment of a biomimetic polypyrrole sensor based on chemical imprinting technology and electrochemically controlled preconcentration aimed at determining SARS-CoV-2 in a saliva sample
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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