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Type: Dissertação
Title: Biossensor com grade de período longo funcionalizada com GO e anticorpos: uma abordagem para detecção de IL-1β
Author: Couto, Matheus Silva do
First Advisor: Quirino, Welber Gianini
Referee Member: Cremona, Marco
Referee Member: Maciel, Indhira Oliveira
Resumo: O desenvolvimento de biossensores com alta sensibilidade e seletividade é essencial para o avanço dos diagnósticos biomédicos. Neste trabalho, é apresentada a fabricação e caracterização de um biossensor óptico baseado em grades de período longo (LPG), funcionalizado com óxido de grafeno (GO) e anticorpos anti-IL-1β, visando a detecção da citocina pró-inflamatória interleucina-1β (IL-1β). O biossensor foi funcionalizado com GO e anticorpos por meio da química de ativação com 1-Etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida (EDC) e N-hidroxi-succinimida (NHS), além disso, foi encapsulado em uma cápsula microfluídica para testes em meio líquido. A caracterização morfológica da superfície foi realizada por MEV e espectroscopia Raman, confirmando a fixação do GO e a biofuncionalização eficiente. A resposta espectral obtida por um analisador de espectro óptico revelou deslocamentos sistemáticos nos vales ressonantes em função das concentrações de IL-1β. Observou-se que esses deslocamentos estão relacionados à variação da densidade de carga na camada sensora, causada pela interação antígenoanticorpo e pelo acúmulo de material biológico alterando a massa, o que altera o índice de refração efetivo da fibra óptica. O biossensor desenvolvido apresentou limites de detecção (LOD) estimados em 21,35 pg/mL e 6,36 pg/mL após a regeneração, valores 3 e 10 vezes melhores que o sensor mais eficiente encontrado na literatura. O dispositivo também demonstrou alta seletividade, com resposta insignificante ao analito inespecífico interleucina10 (IL-10). Os resultados atestam o potencial do biossensor como ferramenta promissora para aplicações em diagnósticos clínicos, com possibilidade de adaptação para outros biomarcadores e integração em sistemas multiplexados.
Abstract: The development of biosensors with high sensitivity and selectivity is essential for the advancement of biomedical diagnostics. In this work, the fabrication and characterization of an optical biosensor based on long-period gratings (LPGs), functionalized with graphene oxide (GO) and anti-IL-1β antibodies, are presented for the detection of the pro-inflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β). The biosensor was functionalized with GO and antibodies through 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) activation chemistry and encapsulated in a microfluidic cartridge for liquid-phase testing. Morphological surface characterization was performed using SEM and Raman spectroscopy, confirming GO deposition and efficient biofunctionalization. The spectral response obtained with an optical spectrum analyzer revealed systematic shifts in the resonant attenuation bands as a function of IL-1β concentration. These shifts are associated with variations in charge density in the sensing layer, caused by antigen–antibody interactions and biomolecular mass accumulation, which modify the effective refractive index of the optical fiber. The developed biosensor exhibited estimated limits of detection (LOD) of 21.35 pg/mL and 6.36 pg/mL after regeneration, representing improvements of 3- and 10-fold compared to the most efficient sensor reported in the literature. The device also demonstrated high selectivity, showing a negligible response to the nonspecific analyte interleukin-10 (IL-10). These results demonstrate the potential of the proposed biosensor as a promising tool for clinical diagnostic applications, with the possibility of adaptation for other biomarkers and integration into multiplexed sensing systems.
Keywords: Biossensor óptico
Óxido de Grafen
Grades de fibra de longo período
Interleucina-1β
Diagnóstico biomédico
Optical biosensor
Graphene oxide
Long-period fiber gratings
Interleukin-1β
Biomedical diagnostics
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20425
Issue Date: 28-Nov-2025
Appears in Collections:Mestrado em Física (Dissertações)



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