Desenvolvimento e caracterização de uma plataforma aplicada ao diagnóstico molecular através de técnicas eletroquímicas

dc.contributor.advisor1Mariúba, Luis André Morais
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4784959431673419eng
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4210-6367eng
dc.contributor.referee1Carmo, Edson Junior do
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5780309549588357eng
dc.contributor.referee2Cordeiro, Isabelle Bezerra
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1929162702718867eng
dc.contributor.referee2orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5501-2066eng
dc.contributor.referee3Silva, Ana Neilde Rodrigues da
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2391615767440759eng
dc.contributor.referee4Del Cacho, Vanessa Duarte
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4617158366333293eng
dc.creatorCardoso, Valtemar Fernandes
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8045966013524195eng
dc.date.available2999-12-31
dc.date.issued2026-01-20
dc.description.abstractInfectious diseases remain one of the major global public health challenges, especially in low- income regions, where outbreaks significantly impact social and economic indicators. The continuous emergence of new pathogens, driven by globalization, climate change, and demographic shifts, reinforces the need for sensitive, rapid, and accessible diagnostic methods. In this scenario, molecular diagnostics has become an essential tool, enabling accurate pathogen detection, epidemiological monitoring, and support for clinical decision-making. However, the application of these methods in point-of-care (POCT) platforms still faces limitations related to laboratory infrastructure, cost, operational complexity, and the need for regulatory standardization. The first chapter of this thesis presents a comprehensive review (2015–2025) on nucleic acid amplification techniques, detection methods, and miniaturization strategies aimed at developing POCT platforms. The advantages and limitations of approaches such as PCR, LAMP, RPA, and other isothermal techniques, as well as systems based on fluorescence, colorimetry, and electrochemistry, are discussed. The relevance of microfluidics, including reaction chambers, continuous flow systems, and droplet-based platforms, is also emphasized as a critical component for functional integration, reagent reduction, energy savings, and portability. Despite advancements, obstacles persist, such as the complexity of miniaturization, bioreceptor instability, and regulatory barriers imposed by agencies like the FDA and ANVISA. The second chapter presents the experimental development of an integrated molecular diagnostic platform that combines digital thermal control and real-time electrochemical detection. The system utilizes Peltier modules, high-precision sensors, and control algorithms to ensure thermal stability, in addition to an optimized electrochemical cell for monitoring nucleic acid amplification. The platform allows for the execution of PCR, RT-PCR, and isothermal methods (LAMP and RPA), integrating hardware, mechanical design, control electronics, and a software interface developed in Python and React. The results obtained demonstrate adequate thermal performance, electrochemical reproducibility, and sensitivity consistent with recent studies in the literature. As a proof of concept, the amplification of the HA gene of the Influenza A H5N1 virus was used, highlighting the platform's potential as a low-cost solution for detecting nucleic acid amplification. Therefore, this thesis contributes to the advancement of the field by combining engineering, materials science, and biotechnology in the construction of a robust, accessible device compatible with the contemporary demands of epidemiological surveillance and rapid response to emerging outbreakseng
dc.description.resumoAs doenças infecciosas permanecem como um dos principais desafios globais de saúde pública, especialmente em regiões de baixa renda, onde surtos impactam significativamente indicadores sociais e econômicos. A emergência contínua de novos agentes patogênicos, impulsionada pela globalização, mudanças climáticas e transformações demográficas, reforça a necessidade de métodos diagnósticos sensíveis, rápidos e acessíveis. Nesse cenário, o diagnóstico molecular se consolidou como ferramenta essencial, permitindo detecção precisa de patógenos, monitoramento epidemiológico e suporte à tomada de decisão clínica. Contudo, a aplicação desses métodos em plataformas point-of-care (POCT) ainda enfrenta limitações relacionadas à infraestrutura laboratorial, custo, complexidade operacional e necessidade de padronização regulatória. O primeiro capítulo desta tese apresenta uma revisão abrangente (2015–2025) sobre técnicas de amplificação de ácidos nucleicos, métodos de detecção e estratégias de miniaturização voltadas ao desenvolvimento de plataformas POCT. São discutidas as vantagens e limitações de abordagens como PCR, LAMP, RPA e outras técnicas isotérmicas, além de sistemas baseados em fluorescência, colorimetria e eletroquímica. Também é enfatizada a relevância da microfluídica, incluindo câmaras de reação, sistemas de fluxo contínuo e plataformas baseadas em gotículas, como componente crítico para integração funcional, redução de reagentes, economia de energia e portabilidade. Apesar dos avanços, persistem entraves como a complexidade da miniaturização, instabilidade de biorreceptores e barreiras regulatórias impostas por agências como FDA e ANVISA. No segundo capítulo, é apresentado o desenvolvimento experimental de uma plataforma integrada de diagnóstico molecular que combina controle térmico digital e detecção eletroquímica em tempo real. O sistema utiliza módulos Peltier, sensores de alta precisão e algoritmos de controle para garantir estabilidade térmica, além de uma célula eletroquímica otimizada para monitoramento da amplificação de ácidos nucleicos. A plataforma permite a execução de PCR, RT-PCR e métodos isotérmicos (LAMP e RPA), integrando hardware, projeto mecânico, eletrônica de controle e interface de software desenvolvida em Python e React. Os resultados obtidos demonstram desempenho térmico adequado, reprodutibilidade eletroquímica e sensibilidade compatível com estudos recentes da literatura. Como prova de conceito, utilizou-se a amplificação do gene HA do vírus Influenza A H5N1, evidenciando o potencial da plataforma como solução de baixo custo para detecção da amplificação de ácidos nucleicos. Logo, a tese aqui apresentada contribui para o avanço do campo ao combinar engenharia, ciência dos materiais e biotecnologia na construção de um dispositivo robusto, acessível e compatível com as demandas contemporâneas de vigilância epidemiológica e resposta rápida a surtos emergentes.eng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationCARDOSO, Valtemar Fernandes. Desenvolvimento e caracterização de uma plataforma aplicada ao diagnóstico molecular através de técnicas eletroquímicas. 2026. 146 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2026.eng
dc.identifier.urihttps://tede.ufam.edu.br/handle/tede/11600
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal do Amazonaseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Ciências Biológicaseng
dc.publisher.initialsUFAMeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologiaeng
dc.rightsAcesso Embargado
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/por
dc.subjectDiagnóstico molecularpor
dc.subjectAmplificação de ácidos nucleicospor
dc.subjectPlataformas point- of-care (POCT)por
dc.subjectDetecção eletroquímicapor
dc.subjectControle térmico digitalpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICASeng
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/93034/ITEM%20INDISPON%c3%8dVEL%20-%20Solicite%20c%c3%b3pia.pdf.jpg*
dc.titleDesenvolvimento e caracterização de uma plataforma aplicada ao diagnóstico molecular através de técnicas eletroquímicaseng
dc.typeTeseeng

Arquivos

Pacote original

Agora exibindo 1 - 5 de 5
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
FICHA_ValtemarCardoso_PPGBIOTEC.pdf
Tamanho:
44,12 KB
Formato:
Documentos internos
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
CARTA_ValtemarCardoso_PPGBIOTEC.pdf
Tamanho:
183,75 KB
Formato:
Documentos internos
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
ATA_ValtemarCardoso_PPGBIOTEC.pdf
Tamanho:
63,97 KB
Formato:
Documentos internos
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
TERMO_ValtemarCardoso_PPGBIOTEC.pdf
Tamanho:
212,5 KB
Formato:
Documentos internos
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
ITEM INDISPONÍVEL - Solicite cópia.pdf
Tamanho:
82,17 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format

Pacote de licença

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
2,32 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição: