Desenvolvimento de um nanobiossensor para o monitoramento da qualidade ambiental no setor agrícola

A elaboração de nanobiossensores altamente sensíveis e com seletividade funcional tem aplicações importantes para fins de resiliência e conservação dos recursos naturais que podem contribuir em projetos que visam a apontar áreas degradadas e contaminadas (solo e água), além de ser um indicador de qualidade. No presente trabalho, um nanobiossensor foi desenvolvido com base na biomimética do mecanismo de ação dos herbicidas nas plantas, juntamente com as ferramentas de Microscopia de Força Atômica (AFM). Para detectar a molécula do herbicida diclofop, a técnica da construção do biossensor se baseou na funcionalização química das superfícies de cantilevers de AFM e do substrato, onde a molécula alvo foi fixada. Através da funcionalização química dos cantilevers e substratos priorizam-se as ligações químicas, aumentando a especificidade do nanossensor. O design e arquitetura molecular do nanobiossensor foram baseados no arranjo molecular espacial, na eficiência e localização da ligação, na especificidade de interações enzima-substrato e suas energias de ligação, as quais foram analisadas por Docking Molecular e Dinâmica Molecular. Os resultados foram baseados na força de adesão (obtidos através de curvas de força) entre a ponta do AFM funcionalizada com a molécula sensora (enzima ACCase) e do substrato funcionalizado com herbicidas. Os resultados indicam que a molécula alvo do agroquímico que inibiu especificamente essa enzima foi eficiente, quando comparado com outros herbicidas não inibidores. A diferença entre os valores de reconhecimento específico (diclofop) e não específico (imazaquin, metsulfuron e glifosato) foi, em média, 90%. Esta evidência comprova a seletividade e especificidade do nanobiossensor. Este trabalho apresenta a primeira evidência da detecção ao nível molecular do diclofop por sensores de ponta de AFM.The elaboration of highly-sensitive and selective functional nanobiosensors has significant applications for purposes of resilience and conservation of natural resources, to contribute on projects aimed to pointing out degraded and contaminated areas (soil and water), as well as being a quality indicator. In the present work, a nanobiosensor has been developed based on the biomimicry of the action mechanism of the herbicides in plants coupled with the Atomic Force Microscopy (AFM) tools. To sense the herbicide molecule at very low concentrations, the technique of the sensor construction was based on chemical functionalization of the surfaces of the AFM probes and substrate in order to prioritize covalent bonds and to improve the molecules flexibility, as well as to achieve reproducibility and accurate results. The architecture and molecular design of the nanobiosensor were based on the molecular spatial arrangement, binding efficiency and localization, host-guest specificity, and its binding energies which were analyzed by Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulation. The results were based on the adhesion force (carried out by force curves data) between the AFM probe functionalized with ACCase enzyme and the substrate functionalized with herbicides. The results indicate that the specific target molecule of agrochemical was efficient, when compared with others nonspecific agrochemicals. The difference between the values of specific recognition (diclofop) and nonspecific (imazaquin, metsulfuron and glyphosate) is, on average, 90%. This evidence validates the selectivity and specificity of the nanobiosensor. This work presents the first evidence of nanolevel detection of diclofop by AFM probes sensors