Bioanalytical applications of surface-enhanced Raman spectroscopy using paper as substrate

Orientador: Ronei Jesus Poppi Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Neste trabalho, foram desenvolvidos métodos analíticos qualitativos e quantitativos utilizando espectroscopia Raman intensificada por superfície (SERS ¿ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) e papel como substrato para aplicações bioanalíticas. Foram realizadas quatro aplicações, sendo a primeira a discriminação de bactérias no nível de gêneros e espécies utilizando papel de filtro recoberto com nanopartículas de ouro (GNPs ¿ Gold Nanoparticles) como substrato SERS e análise discriminante por mínimos quadrados parciais (PLS-DA ¿ Partial Least Squares Discriminant Analysis) com estimativa de incerteza como método de classificação supervisionado. Em uma segunda aplicação, foi realizado o estudo da deposição direta de GNPs em papel de impressão visando desenvolver uma alternativa rápida ao procedimento convencional de imersão de papel de filtro em solução coloidal de GNPs. Esses substratos SERS foram utilizados para a determinação in situ de ácido úrico (em concentrações clinicamente relevantes) em urina sintética. Além disso, a resolução multivariada de curvas (MCR ¿ Multivariate Curve Resolution), acomplada com o método de adição de padrão, foi utilizada para resolver bandas sobrepostas e compensar o efeito de matriz. Devido ao procedimento de amostragem pouco eficiente quando utilizado papel como substrato em SERS, em uma terceira aplicação, a técnica de ring oven (ROP ¿ Ring Oven Preconcentration) foi proposta para a pré-concentração rápida e eficiente de amostra em papel de filtro. Para tal, três métodos de acoplamento ROP-SERS foram avaliados utilizando cristal violeta como analito. O melhor método de acoplamento foi aplicado na quantificação de bases purínicas (adenina e guanina) em uma amostra de DNA de bezerro utilizando o método de adição de padrão e padrões internos. Por fim, a determinação de concentrações fisiologicamente relevantes de adenosina, um potencial biomarcador de câncer na urina, foi feita utilizando a técnica ROP-SERS. Nesta aplicação, o MCR foi utilizado para resolver as bandas sobrepostas de adenosina e da matriz de urina Abstract: In this work, qualitative and quantitative analytical methods were developed by using surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and paper as substrate for bioanalytical applications. Four applications were made, being the first one the discrimination of bacteria at the genus and species levels utilizing gold nanoparticle (GNP)-coated filter paper as SERS substrate and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) with uncertainty estimation as supervised chemometric method. In the second application, the direct deposition of colloidal GNPs on printing paper was investigated as a rapid alternative to the conventional dip-coating of filter paper in a colloidal GNPs solution. These SERS substrates were used for in situ quantification of uric acid, at clinically relevant concentrations, in synthetic urine. Further, multivariate curve resolution (MCR) coupled with the standard addition method was used to resolve overlapping bands and to compensate for the matrix effect. Due to the inefficient sampling process when employing paper-based SERS substrates, in a third application, the ring oven technique was proposed for the rapid and efficient preconcentration of the samples on filter paper. Thus, three different methods for coupling the ring oven preconcentration (ROP) and SERS were assessed, using crystal violet as analyte. The best coupling method was utilized for the determination of purine bases (adenine and guanine) in calf thymus DNA by the standard addition method and using one analyte as an internal standard of the other. Finally, the determination of physiologically relevant concentrations of adenosine, a potential cancer biomarker, in urine was performed using the ROP-SERS technique. In this application, MCR was used to resolve the overlapping bands of adenosine and urine matrix Doutorado Química Analítica Doutor em Ciências CNPQ 140377/2015-8