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Bioinspired electrochemical platform for detection of inflammation-related biomarkers
| dc.contributor.advisor | Marques, Maria Arcelina | |
| dc.contributor.author | Moreira, Beatriz Oliveira | |
| dc.date.accessioned | 2023-11-09T16:42:16Z | |
| dc.date.available | 2023-11-09T16:42:16Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.description.abstract | An adaptive reaction known as inflammation is typically brought on by unpleasant stimuli and diseases such as widespread infection and/or tissue damage. The immune system launches an inflammatory reaction as a defensive strategy, producing cells and cytokines to combat these invaders, which may cause discomfort, redness, swelling, and bruising. In particular, the liver produces the biomolecule C-Reactive Protein (CRP) in reaction to cytokines that are generated during inflammatory and infectious processes. In this situation, the creation of straightforward, affordable, and user-friendly diagnostic instruments to check for inflammatory biomarkers at the point of treatment might be very beneficial for therapeutic purposes. The goal of this research is to create an electrochemical biosensor with exceptional sensitivity that can monitor CRP. The molecularly imprinted polymer (MIP), which serves as the biorecognition component of the biosensor, is formed by electrochemically polymerizing a combination of aniline and chitosan in the presence of the target protein, CRP. Here, adding chitosan to the monomer mixture significantly improves the biosensor's stability and repeatability. The bulk technique, which offers a straightforward, quick, one-step procedure for altering and assessing various variables, was used to assemble the polymeric film by means of electropolymerization. It is feasible to model and control the thickness and porosity of the produced polymeric film by changing and adjusting electropolymerization process parameters including the scanning rate and the number of cycles. The scanning speed chosen for the studies was 0.5 Vs-1 and the number of electropolymerization cycles optimised was 5 cycles. After electrochemical synthesis, CRP was successfully removed from the polymeric network using acidorganic combinations, allowing cavities that are complementary in size and shape to the target molecule to develop. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to assess the electrochemical performance while the biosensor assembly was being optimized. The imprinting effect was subsequently demonstrated by examining the electrochemical detection properties, and the improved biosensor showed a linear electrochemical response in the concentration range of 0.001 ng mL -1 to 0.01 µg mL -1 and a LOD of 2.22 pg mL-1 . Furthermore, surface alterations on the gold electrode were validated by chemical and morphological characterizations like Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman techniques. In terms of sensitivity, stability, and repeatability, the final biosensor device showed significant promise, making it a more convenient and affordable alternative for monitoring chronic wounds progression. | pt_PT |
| dc.description.abstract | A inflamação é normalmente provocada por estímulos desagradáveis e doenças como a infeção generalizada e/ou danos nos tecidos. O sistema imunitário desencadeia uma reação inflamatória como estratégia de defesa, produzindo células e citocinas para combater estes invasores, o que pode causar desconforto, vermelhidão, inchaço e hematomas. Em particular, o fígado produz a biomolécula Proteína C-Reativa (CRP) em reação às citocinas que são geradas durante os processos inflamatórios e infeciosos. Nesta situação, o desenvolvimento de instrumentos de diagnóstico simples, económicos e fáceis de utilizar para verificar a presença de biomarcadores inflamatórios no local do tratamento pode ser muito benéfico do ponto de vista terapêutico. O objetivo deste trabalho é desenvolver um biossensor eletroquímico com uma boa sensibilidade que possa monitorizar a CRP. O polímero de impressão molecular (MIP), que serve como componente de biorreconhecimento do biossensor, é formado pela polimerização eletroquímica de uma combinação de anilina e quitosano na presença da proteína alvo, a CRP. Neste caso, a introdução de quitosano na mistura de monómeros melhora significativamente a estabilidade e a reprodutibilidade do biossensor. A técnica bulk, oferece um procedimento simples, rápido num só passo para alterar e avaliar diversas variáveis, permitindo o fabrico do material polimérico através da utilização da técnica de electropolimerização. É possível modelar e controlar a espessura e a porosidade da película polimérica produzida, alterando e ajustando os parâmetros do processo de electropolimerização, incluindo a velocidade de varrimento e o número de ciclos. A velocidade de varrimento escolhida para a realização dos estudos foi de 0.5 Vs-1 e o número de ciclos de electropolimerização otimizado foi de 5 ciclos. Após a síntese eletroquímica, a CRP foi removida com sucesso da rede polimérica utilizando combinações ácido-orgânicas, permitindo o desenvolvimento de cavidades complementares em tamanho e forma à molécula alvo. A espetroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foi utilizada para avaliar o desempenho eletroquímico enquanto a construção do biossensor estava a ser otimizado. O resultado da impressão molecular foi subsequentemente demonstrado através da avaliação das propriedades de deteção eletroquímica e o biossensor otimizado apresentou uma resposta eletroquímica linear no intervalo de concentração de 0.001 ng mL -1 a 0.01 µg mL -1 e um LOD de 2.22 pg mL-1 . Além disso, as alterações estruturais na superfície do eléctrodo de ouro foram validadas por caracterizações químicas e morfológicas como Microscopia eletrónica de varrimento (SEM), espetroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR) e técnicas Raman. Em termos de sensibilidade, estabilidade e repetibilidade, o dispositivo biossensor final mostrou-se significativamente promissor, tornando-o uma conveniente e acessível ferramenta para a monitorização remota da progressão de feridas crónicas. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203380339 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/23884 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Biosensor | pt_PT |
| dc.subject | Molecularly imprinted polymer | pt_PT |
| dc.subject | Gold-based electrodes | pt_PT |
| dc.subject | Electrochemical detection | pt_PT |
| dc.subject | CReactive Protein | pt_PT |
| dc.subject | Biossensor | pt_PT |
| dc.subject | Polímero de impressão molecular | pt_PT |
| dc.subject | Elétrodos de ouro | pt_PT |
| dc.subject | Deteção eletroquímica | pt_PT |
| dc.subject | Proteína CReativa | pt_PT |
| dc.title | Bioinspired electrochemical platform for detection of inflammation-related biomarkers | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Biomédica | pt_PT |