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Publicação
Olfaction inspired sensing using tailor-made proteins
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Biosensing technologies have been using biological binders to increase the selectivity of sensing materials to various compounds. Consequently, olfactory proteins can be applied to different fields mostly related to sensing, from disease diagnostics to food industry, security and environmental control.
First, to contribute to the understanding of the molecular recognition profile and promiscuous nature of olfactory proteins, this work assembled a database of structural and biophysical properties of several proteins along with their reported ligands. Further in silico studies were carried out to identify descriptors with a potential role in receptor-ligand binding prediction. Several methods to optimize the production and purification of these proteins were explored. Furthermore, a model olfactory protein was successfully incorporated in an in-house electronic-nose using gold-interdigitated electrodes previously modified with reduced graphene oxide. This gas sensing system was able to detect three VOCs with different reported affinities towards the olfactory protein. Additionally, these new sensors showed to be a simple, reproducible, cost-effective and selective approach in gas sensing. In the final studies, a combinatorial array was designed employing different combinations of olfactory proteins to generate different sensors and detect up to nine disease biomarkers in a high-throughput manner.
Overall, the knowledge and outcomes from in this dissertation aimed to explore, enhance and develop new sensing technologies that could strengthen the valuable features of olfaction-inspired sensing.
Nas últimas décadas, diversas biomoléculas têm sido utilizadas como binders em aplicações de olfato artificial, nomeadamente em biossensores, para aumentar a seletividade de materiais sensoriais para vários compostos. Consequentemente, um dos objetos de estudo mais utilizados em diferentes áreas são as proteínas olfativas, principalmente relacionadas com a deteção, desde diagnósticos de doenças à indústria alimentar, segurança e controlo ambiental. Em primeiro lugar, este trabalho desenhou uma base de dados com propriedades estruturais e biofísicas de proteínas olfativas, juntamente com seus ligandos reportados, de forma a contribuir para a compreensão do perfil de reconhecimento molecular e da natureza promíscua das OBPs. Estudos in silico foram realizados para identificar descritores com potencial relevância na previsão da receptor-ligando. Posteriormente, vários protocolos de produção e purificação foram propostos, além da caracterização estrutural por Dicroísmo Circular do subconjunto de proteínas selecionadas. Posteriormente, uma proteína olfativa modelo foi incorporada com sucesso num biossensor (nariz eletrónico), com elétrodos interdigitados de ouro previamente modificados com óxido de grafeno reduzido. Este sistema de detecção de gases detetou com sucesso três compostos orgânicos voláteis com diferentes afinidades. Além disso, estes sensores mostraram ser produzidos facilmente, reprodutíveis, economicamente eficazes e ter uma abordagem seletiva na detecção de gases. Nos estudos finais, foi desenvolvida uma prova de conceito de um novo sensor em array combinatorial para a deteção de biomarcadores de duas doenças. Por fim, o conhecimento e os resultados desta dissertação visaram explorar, aprimorar e desenvolver novas tecnologias de detecção que poderão fortalecer as características valiosas de tecnologias de olfato artificial.
Nas últimas décadas, diversas biomoléculas têm sido utilizadas como binders em aplicações de olfato artificial, nomeadamente em biossensores, para aumentar a seletividade de materiais sensoriais para vários compostos. Consequentemente, um dos objetos de estudo mais utilizados em diferentes áreas são as proteínas olfativas, principalmente relacionadas com a deteção, desde diagnósticos de doenças à indústria alimentar, segurança e controlo ambiental. Em primeiro lugar, este trabalho desenhou uma base de dados com propriedades estruturais e biofísicas de proteínas olfativas, juntamente com seus ligandos reportados, de forma a contribuir para a compreensão do perfil de reconhecimento molecular e da natureza promíscua das OBPs. Estudos in silico foram realizados para identificar descritores com potencial relevância na previsão da receptor-ligando. Posteriormente, vários protocolos de produção e purificação foram propostos, além da caracterização estrutural por Dicroísmo Circular do subconjunto de proteínas selecionadas. Posteriormente, uma proteína olfativa modelo foi incorporada com sucesso num biossensor (nariz eletrónico), com elétrodos interdigitados de ouro previamente modificados com óxido de grafeno reduzido. Este sistema de detecção de gases detetou com sucesso três compostos orgânicos voláteis com diferentes afinidades. Além disso, estes sensores mostraram ser produzidos facilmente, reprodutíveis, economicamente eficazes e ter uma abordagem seletiva na detecção de gases. Nos estudos finais, foi desenvolvida uma prova de conceito de um novo sensor em array combinatorial para a deteção de biomarcadores de duas doenças. Por fim, o conhecimento e os resultados desta dissertação visaram explorar, aprimorar e desenvolver novas tecnologias de detecção que poderão fortalecer as características valiosas de tecnologias de olfato artificial.
Descrição
Palavras-chave
volatile organic compounds biosensing binding affinity molecular recognition production, array