Development of low-cost and enhanced carbon-based electrodes for electrochemical sensors and biosensors applications

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Ataide, Vanessa Neiva de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-14102024-100704/
Resumo: This thesis will present and discuss low-cost carbon-based electrochemical sensor fabrication strategies for applications such as sensors and biosensors. Chapter 1 presents the fabrication of paper-based electrochemical devices by the pencil-drawing technique, in which conductive carbon tracks were transferred to the paper\'s surface using a commercial drawing pencil. The electrochemical performance towards different redox probes (potassium ferrocyanide, hexaammineruthenium chloride, and ascorbic acid) was improved by activating this surface using a CO2 laser. Electrode surfaces painted using pencil drawings were characterized by chemical, electrochemical, and physical techniques and applied in detecting furosemide in synthetic urine samples. Chapter 2 describes the fabrication of carbon and thermoplastic composite electrodes activated by CO2 laser for biomolecule immobilization. The laser parameters for activating these surfaces were optimized, including power, scanning speed, resolution, and number of laser passes. Furthermore, the surface of the electrodes before and after activation was characterized by various techniques, as mentioned in the characterization of the pencil-drawing electrodes discussed in Chapter 1. These thermoplastic electrodes were applied for SARS-CoV-2 N protein detection as a proof of concept. Chapter 3 shows the fabrication of microfluidic devices coupled with electrodes for SARS-CoV-2 virus N protein detection in nasal swab samples. Several parameters for immunosensor assembly were optimized, such as biomolecule immobilization approaches, capture antibody concentrations, and the blocking step. A calibration curve was obtained in static mode ranging from 275 to 11000 PFU mL-1. Also, the layout and fabrication strategies of the microfluidic device were studied.
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The electrochemical performance towards different redox probes (potassium ferrocyanide, hexaammineruthenium chloride, and ascorbic acid) was improved by activating this surface using a CO2 laser. Electrode surfaces painted using pencil drawings were characterized by chemical, electrochemical, and physical techniques and applied in detecting furosemide in synthetic urine samples. Chapter 2 describes the fabrication of carbon and thermoplastic composite electrodes activated by CO2 laser for biomolecule immobilization. The laser parameters for activating these surfaces were optimized, including power, scanning speed, resolution, and number of laser passes. Furthermore, the surface of the electrodes before and after activation was characterized by various techniques, as mentioned in the characterization of the pencil-drawing electrodes discussed in Chapter 1. These thermoplastic electrodes were applied for SARS-CoV-2 N protein detection as a proof of concept. Chapter 3 shows the fabrication of microfluidic devices coupled with electrodes for SARS-CoV-2 virus N protein detection in nasal swab samples. Several parameters for immunosensor assembly were optimized, such as biomolecule immobilization approaches, capture antibody concentrations, and the blocking step. A calibration curve was obtained in static mode ranging from 275 to 11000 PFU mL-1. Also, the layout and fabrication strategies of the microfluidic device were studied.Nesta tese serão apresentadas e discutidas estratégias de fabricação de sensores eletroquímicos de baixo custo baseados em carbono para aplicações como sensores e biossensores. O capítulo 1 apresenta a fabricação de diapositivos eletroquímicos baseados em papel empregando a técnica pencil-drawing, em que trilhas de carbono condutoras foram transferidas para a superfície do papel usando um lápis de desenho comercial. O desempenho eletroquímico frente diferentes sondas redox (ferrocianeto de potássio, cloreto de hexaaminrutênio e ácido ascórbico) foi melhorado através da ativação dessa superfície usando um laser de CO2. As superfícies dos eletrodos pintados usando lápis de desenho foram caracterizados por técnicas químicas, eletroquímicas e físicas e aplicados na detecção de furosemida em amostras de urina sintética. O capítulo 2 descreve a fabricação de eletrodos compósitos de carbono e termoplásticos ativados por laser de CO2 para imobilização de biomoléculas. Os parâmetros do laser para a ativação dessas superfícies foram otimizados, dentre eles potência do laser, velocidade de varredura, resolução e número de passagens do laser. Além disso, a superfície dos eletrodos antes e depois da ativação foram caracterizadas por diversas técnicas, assim como mencionado na caracterização dos eletrodos pintados a lápis discutidos no capítulo 1. Como prova de conceito, esses eletrodos termoplásticos foram aplicados para a detecção da proteína do vírus SARS-CoV-2. O capítulo 3 mostra a fabricação de diapositivos microfluídicos acoplados com detecção eletroquímica para a detecção da proteína N do vírus SARS-CoV-2 em amostras de secreção nasal. Diversos parâmetros para a montagem do imunossensor foram otimizados, tais como abordagens de imobilização das biomoléculas, concentrações dos anticorpos de captura e a etapa de bloqueio. Uma curva de calibração foi obtida no modo estático em uma faixa de 275 a 11000 PFU mL-1. O estudo do layout e estratégias de fabricação do dispositivo microfluídico também foram discutidos.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPPaixão, Thiago Regis Longo Cesar daAtaide, Vanessa Neiva de2023-07-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-14102024-100704/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2024-10-15T14:14:58Zoai:teses.usp.br:tde-14102024-100704Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212024-10-15T14:14:58Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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